VI Techniki wzmacniania i modyfikowania stropów przy użyciu stali

VI-1. Montaż stropu zespolonego na starych belkach

Stropy budynków z początku XX wieku wykonane są często z dwuteowników IPN z wypełnieniem z cegieł lub płyt sklepieniowych pokrytych betonem podkładowym. Przy dokonywaniu przeróbek, co wiąże się ze zwiększeniem obciążeń roboczych (mieszkania przerabiane na biura), pełna rekonstrukcja stropów nie zawsze jest prosta w realizacji, ze względu na to, że belki bezpośrednio podparte na konstrukcji nośnej odpowiadają za stabilność budynku. Zmiana przeznaczenia wiązać się zatem może z zagadnieniem dopuszczalnego obciążenia konstrukcji nośnej oraz zwartości konstrukcyjnej. Ściany i fundamenty często są w stanie wytrzymać wzrost obciążenia o około 3 kN/m², wynikający ze zmiany przeznaczenia. Belki zazwyczaj mają o wiele mniej zapasu wytrzymałości i wymagają wzmocnienia. Skuteczna metoda polega na zdemontowaniu na kolejnych piętrach podłóg, płyt oraz wypełnień stropów i położeniu zespolonych płyt stropowych. Płytę z belkami łączy się za pomocą łączników zespalających, spawanych lub mocowanych na bolce, dla zwiększenia wytrzymałości i sztywności zespołu. Jeżeli sklepienia zachowywane są ze względów estetycznych, to montaż stropu zespolonego powoduje zmniejszenie ciężaru własnego stropu. Łączniki dobiera się zgodnie z zasadą zgodności stali pod względem wytrzymałości, spawalności i możliwości zastosowania bolców (montowanych przy pomocy pistoletu). Łączniki z bolcami, bardzo często stosowane na niewielkich placach budowy, są łatwiejsze do montażu. Pierre Engel dla www.constructalia.com

VI-2.Montaż stropu zespolonego na belkowaniu drewnianym

Konstrukcje drewniane spotyka się bardzo często w restaurowanych budynkach zabytkowych, w których z założenia zapewniają funkcję nośną na obciążenia pionowe (słupy, belki i stropy), a także zwartość strukturalną konstrukcji (wytrzymałość ogólna). Zmiana konstrukcji nośnej, wynikająca z przekształcenia funkcji obiektu (zwiększenie obciążeń eksploatacyjnych) lub na skutek zestarzenia się stropów, możliwa jest do przeprowadzenia z zachowaniem struktury budynku.

Na schemacie powyżej przedstawiono sposób renowacji zastosowany w magazynach wybudowanych pod koniec XIX w. Zachowano murowane ściany zewnętrzne oraz główną konstrukcję drewnianą, natomiast usunięto podłogi i legary. Po wykonaniu prac przygotowawczych strop zespolony został położony na drewnianych belkach. Czasami w drewnianej belce udaje się zamontować łączniki zespalające. Podobnie jak w przypadku opisanym na poprzedniej karcie, pozwala to zwiększyć sztywność zespołu płyta/belka.

Pierre Engel dla www.constructalia.com

VI-3. Renowacja drewnianego stropu poprzez nałożenie lekkiej płyty na blachy profilowane stanowiące szalunek tracony

W przypadku renowacji stropów drewnianych, dla których bardzo często występują ograniczenia dopuszczalnego obciążenia, można zaproponować zastosowanie lżejszych płyt, wylewanych na szalunek tracony z blachy profilowanej. Powyżej przedstawiono przykład renowacji stropów drewnianych w budynkach z epoki wielkiej XIX-wiecznej przebudowy Paryża (tzw. przebudowy Hausmannowskiej).

Zachowanie belkowania istniejącego stropu dzięki odciążeniu całego systemu podłogowego pozwoliło utrzymać dotychczasowy styl budynku. Równomierne wylewanie płyty nie dopuszcza do powstawania zgrubień w betonie a blachy profilowane stanowiące szalunek są wypoziomowane i nie przejmują fluktuacji belek stropowych. Zbyteczne staje się stosowanie siatki zbrojeniowej, gdyż specjalne zespalające ukształtowanie blachy profilowanej pozwala jej na przejęcie funkcji dolnego zbrojenia płyty stropowej, co znacznie ułatwia montaż.

Pierre Engel dla www.constructalia.com

VI-4. Układanie stropu zespolonego na stalowej konstrukcji podtrzymującej

Podwyższenie płyty podłogowej ponad wstępny stan podczas prac renowacyjnych to zawsze delikatna operacja. Podwyższenie poziomu rzędu 30 - 40 cm poprzez wylanie nowej płyty jest bardzo kosztowne, a przy tym płyta byłaby bardzo ciężka. Przy różnicy poziomów nieprzekraczających 1 metra trudno jest wylać płytę zarówno na ruchomym szalunku, jak i na płytach podkładowych. Strop ułożony na wstępnie sprężonych belkach stropowych jest jeszcze bardziej ryzykowny ze względu na zazwyczaj bardzo nieregularne powierzchnie płyt. Wylanie płyty na blachę profilowaną pozwala zaś rozwiązać wszystkie wspomniane problemy.

Montaż stropu zespolonego na lekkiej konstrukcji szkieletowej, wykonanej z małych kształtowników walcowanych lub rurowych profili stalowych, jest skutecznym i ekonomicznym rozwiązaniem, pozwalającym na łatwe dopasowanie płyty bazowej, nawet, gdy jest ona nierówna (pod względem wysokości). Rozwiązanie to można wdrożyć na różne sposoby. Dodatkową korzyścią jest możliwość wykorzystania wolnej przestrzeni pod płytą dla ułożenia tras kablowych i poprowadzenia kanałów wentylacyjnych. Pierre Engel dla www.constructalia.com

VI-5. Całkowita wymiana stropów drewnianych na stropy zespolone

Znaczny stopień zniszczenia starych budynków oraz niedostosowanie do nowych funkcji poziomych elementów konstrukcyjnych oddzielających poszczególne kondygnacje zmuszają często projektantów do całkowitej wymiany stropów. Drewniane belki, legary i podłogi zdejmuje się, a na ich miejsce montuje systemy dostosowane do nowych zadań.

Oprócz kryteriów funkcjonalnych całego budynku należy brać pod uwagę łatwość realizacji wybranego rozwiązania. Przy rozpiętości do 6 lub 7m i dobrym stanie ścian nośnych można zrezygnować z belek i zastosować zespolone płyty stropowe o grubości od 14 do 30 cm, w zależności od rozpiętości i przejmowanych obciążeń. Rozwiązanie ma tę zaletę, że pozwala uniknąć wystającej belki podpierającej. W projektach stropów o rozpiętości od 7 do 9m, w miarę potrzeby, możliwe jest zastosowanie belek zatopionych w płycie lub zintegrowanej belki stalowej.

Pierre Engel dla www.constructalia.com

VI-6. Wyeliminowanie ściany nośnej i wykonanie płyty z wolną krawędzią

Bardziej skomplikowana jest przebudowa, która wiąże się z usunięciem ściany podpierającej płytę w celu utworzenia przejścia do innej części budynku, z utworzeniem przestrzeni równej podwójnej wysokości z jednej strony i antresoli z drugiej. Po wyburzeniu ściany jedna krawędź płyty pozostaje wolna i nie ma wystarczającej wytrzymałości dla powstałej po usunięciu ściany rozpiętości, stąd konieczne jest zastosowanie belki podtrzymującej.

Przy klasycznych rozwiązaniach belka taka umieszczana jest pod płytą, co zmniejsza wysokość nowego przejścia i obciąża wizualnie krawędź stropu. Rozwiązanie z zastosowaniem stali pozwala natomiast wyeliminować wystającą belkę. Polega ono na obramowaniu płyty stalową belką odpowiedniej wytrzymałości, typu HEA, HEB, HEM, UAP albo nawet PRS. Poniżej płaszczyzny stropu wystaje tylko stopa profilu. Po stosownym wypoziomowaniu, na górnej powierzchni układana jest odpowiednia warstwa podłogowa. Barierkę ochronną bez problemu przykręca się śrubami do górnej stopy belki. Pierre Engel dla www.constructalia.com

VI-7. Montaż pojedynczego stropu pośredniego opartego na kątowniku przymocowanym do 'zdrowej' ściany

Przy renowacji bardzo wysokich pomieszczeń praktykuje się podziały poziome przy pomocy stropu pośredniego. Technologia stropu zespolonego jest w tym przypadku najłatwiejsza i najskuteczniejsza. Blachy profilowane są lekkie, można je przenosić ręcznie, a operacja betonowania nie stanowi żadnego problemu dzięki szczelnemu szalunkowi. Potrzeba mniej podpór, ponieważ masa własna płyty jest mniejsza w porównaniu z innymi rozwiązaniami. W przypadku prostej ściany w dobrym stanie płytę można połączyć z istniejącym murem przy pomocy kątownika, przymocowanego na całej długości ściany za pomocą kotew chemicznych lub rozporowych.

Płyta opiera się na poziomym ramieniu kątownika. Nowe rozwiązanie, przedstawione na zdjęciu, polega na zastosowaniu wersji PAC (gotowej do zalania betonem) stropu zespolonego Cofradal 200. Blachy profilowane, dostarczane na plac budowy z wypełnieniem izolacyjnym i przyspawaną siatką zbrojeniową, układane są na jednym lub wielu rzędach podpór. Stała masa spoczynkowa gotowego stropu wynosi 190 kg/m², co stanowi znaczną redukcję obciążenia pionowego przenoszonego na fundament. Dodatkową zaletą jest łatwość montażu i możliwość uzyskania rozpiętości dochodzących do 7,2 m dla obciążeń eksploatacyjnych do 350 kg/m².

Pierre Engel dla www.constructalia.com

VI-8. Mocowanie płyty kompozytowej do ściany poprzez wnęki konstrukcyjne i pręty łączące

Rozwiązanie to stosowane jest w przypadku mocowania płyty zespolonej do nie zawsze prostej ściany betonowej lub murowanej w remontowanym obiekcie.

W takim wypadku dopasowanie krawędzi odbywa się poprzez wsuwanie blach profilowanych z ukosa, aby maksymalnie przybliżyć je do ściany. Deski szalunkowe, umieszczone jak najbliżej ściany, wsparte są na rzędzie podpór brzegowych. Aby nie dopuścić do osiadania płyty, co osłabiłoby konstrukcję, wykonuje się zazwyczaj naprzemienne wnęki na szerokości 60 cm dla zakotwienia płyty w ścianie. Elementami znacznie wzmacniającymi połączenie z istniejącą ścianą są pręty stalowe kotwione przy pomocy żywicy, co znacznie poprawia odporność systemu. Najważniejsze jest właściwe przeniesienie sił ścinających oraz odpowiednie połączenie starych i nowych elementów konstrukcji. Pierre Engel dla www.constructalia.com

VI-9. Przykład mocowania stalowej blachy stropowej na żeliwnych słupach istniejącej struktury

Struktura XIX-wiecznych magazynów budowana była ze stalowych zadaszeń opartych na żeliwnych kolumnach. Dawne magazyny, znajdujące się często w centralnych punktach miast, są obecnie wykorzystywane jako salony wystawowe lub miejsca organizowanych wydarzeń społeczno-kulturalnych.

Montaż dodatkowego stropu pośredniego na całej lub częściowej powierzchni remontowanego obiektu powinien iść w parze z zachowaniem zabytkowego charakteru budynku oraz waloryzacją przestrzeni.

Z tego względu zachowuje się kolumny żeliwne, a projektanci muszą tak zaprojektować strop, by wsparł się on na istniejących punktach podparcia. Powyższy przykład ukazuje sposób, w jaki udało się zamontować stalowy strop, unikając wprowadzania nieodwracalnych zmian w starej konstrukcji magazynu.

Znacznie lżejszy od stropów tradycyjnych, strop ze stalowymi belkami daje się o wiele łatwiej przymocować do istniejących kolumn. Do tego celu używa się albo obręczy ściskających, albo przelotowych śrub montowanych krzyżowo, wytrzymujących siły ścinające. Nie wolno spawać obręczy do żeliwnych kolumn.

Ze względów bezpieczeństwa, przed wywierceniem ostatecznych otworów zaleca się wykonać kilka próbnych miejscowych nawierceń dla pobrania wiórów żeliwnych do analizy metalograficznej.


Pierre Engel dla www.constructalia.com

VI-10. Rekonstrukcja struktury szkieletowej XVI-wiecznego klasztoru

Przeprowadzona niedawno przez Jeana Michela Wilmotte renowacja bernardyńskiego klasztoru to klasyczny przykład całkowitej wymiany stropu i drewnianej konstrukcji nośnej w związku z generalną zmianą funkcji budynku.

Po pierwszej transformacji budynek mieścił służby straży pożarnej, następnie został przekształcony w szkołę oraz diecezjalny ośrodek konferencyjny. Ostatnia przemiana wymagała restrukturyzacji przestrzeni wewnętrznej i dostosowania poddasza na potrzeby audytorium. Usunięto stropy z drewnianymi belkami i słupami, zastępując je stropem bazującymi na wysokich belkach ażurowych montowanych na zachowanych ścianach. Belki główne i belki stropowe zostały przykryte płytą wylewaną na stropie zespolonym.

Oprócz belek stropowych i płyty zespolonej również belki ażurowe, o rozpiętości 24 m każda, podtrzymują dwa ściągi stalowe podwieszanego stropu pierwszego piętra. Dzięki temu unika się niepożądanego przeniesienia pionowych obciążeń na sklepienia historycznej konstrukcji klasztoru Bernardynów. Zastosowanie belek ażurowych w stropie i w konstrukcji szkieletowej jest rozwiązaniem problemu rozprowadzenia instalacji hydraulicznej.

Regularne rozmieszczenie otworów sprzyja późniejszej przebudowie budynku. Bez problemu można w razie potrzeby zamontować nowe instalacje i kanały, nie powodując dyskomfortu użytkowników budynku, ponieważ prace te nie są hałaśliwe.


Pierre Engel dla www.constructalia.com

VI-10b. Rekonstrukcja struktury szkieletowej XVI-wiecznego klasztoru (c.d.)

Przekrój konstrukcji głównego budynku i szczegóły podparcia nowej konstrukcji szkieletowej

Strop na poziomie pierwszego piętra (R+1) jest podwieszony do belki ażurowej drugiego poziomu, aby nie przenosić szkodliwych obciążeń na kamienne sklepienia oryginalnej konstrukcji szesnastowiecznego budynku. Widać następujące elementy: 1. Nowa ażurowa belka poprzeczna 2. Zawieszenie Ø 50 mm 3. Podwieszany strop Wiązania dachowe w trakcie realizacji robót Zdjęcie obok przedstawia widok ogólny nowej konstrukcji szkieletowej i stalowego stropu w końcowej fazie robót. Na wiązarach konstrukcji dachu spoczywają drewniane płatwie, co umożliwia położenie tradycyjnej dachówki. Na podłodze znajdują się stopniowane ławki audytorium, również wykonane ze stali. Pierre Engel dla www.constructalia.com

VI-11. Usunięcie drewnianych stropów neogotyckiego zamku Moritzburg oraz montaż stropu mieszanego

Częściowo zrujnowany zamek Moritzburg w Halle, w pobliżu Lipska, został poddany fragmentowej renowacji, której celem było powiększenie powierzchni użytkowych, ze względu na przekształcenie obiektu w luksusowy hotel.

Aby uzyskać unikalne rozpiętości rzędu 12 m bez słupów podporowych, wybrano rozwiązanie mieszane, mające na celu zwiększenie sztywności i wytrzymałości zespołu płyta/belka i zminimalizowanie całkowitej grubości systemu. Inne tradycyjne rozwiązania nie mogły być brane pod uwagę, ponieważ wielkowymiarowe belki klejone z lameli drewnianych byłyby zbyt grube, a belki żelbetowe wymagałyby zastosowania słupów pośrednich.

Belki układa się bardzo łatwo i są one bardzo wygodne w użyciu. Kładzie się je na warstwę chudego betonu, wskutek czego operacja jest w pełni odwracalna. Łatwo dzięki temu można zintegrować nowe elementy bez naruszania charakteru zabytkowego danej epoki, co dość często ma miejsce w przypadku renowacji naśladujących stan pierwotny; wszystko po to, żeby konstrukcja wyglądała na autentyczną.

VI-12. Całkowita wymiana stropu i belkowania dla wzmocnienia konstrukcji paryskiej kamienicy

Degradacja stropów na jednym lub kilku piętrach, może znacznie zmniejszyć ogólną wytrzymałość konstrukcji nośnej. Zły stan stropów spełniających funkcję wiatrownicy może w drastyczny sposób zmienić zachowanie strukturalne obiektu. Jeżeli kamienica przylega do innych budynków, osłabieniu może ulec stabilność konstrukcyjna całego sektora zabudowy.

Przy bardzo ograniczonej przestrzeni, naprawa stropów przy użyciu tradycyjnych technik jest długotrwała i trudna. Montaż stalowych stropów w połączeniu z belkami obwodowymi i płytą zespoloną, pełniącą funkcję wiatrownicy, jest jednym ze sposobów rozwiązania tego problemu. Po podparciu budynku można przystąpić do demontażu, a następnie montażu po kolei poszczególnych stropów w taki sposób, aby nie uszkodzić całości. Dostawa belek prefabrykowanych na plac budowy stanowi duże ułatwienie logistyczne i ułatwia montaż.

Pierre Engel dla www.constructalia.com

VI-13. Montaż stropu poprzez nadwieszenie

Przykład stropu nadwieszonego oraz szczegóły dostosowania stalowej konstrukcji dobudowanej do istniejącej już płyty

Montaż stropów nadwieszonych dla powiększenia tarasów lub uzyskania dodatkowych powierzchni jest ograniczony przez masę własną stropu i możliwości podpierających elementów wystających. Stropy suche lub kraty pomostowe nadają się znakomicie do tego rodzaju prac. Karta ta ukazuje przykładowe rozwiązanie konstrukcyjne oraz elementy statyczne do zamocowania konstrukcji.

Pierre Engel dla www.constructalia.com