Możliwości techniczne napraw lub wzmocnienia budynków z wielkiej płyty

Podstawową regułą przy projektowaniu budynków wielkopłytowych było nadawanie im sztywności przestrzennej za pomocą sztywnych ścian poprzecznych i podłużnych, przechodzących przez całą wysokość budynku. Ściany takie stanowiły pionowe przepony, których zadaniem było przejmowanie za pośrednictwem stropów i przekazywanie na grunt sił poziomych pochodzących od działania wiatru oraz wynikających z mimośrodowego ustawienia elementów ściennych, obciążonych pionowo.

Stropy traktowane były w obliczeniach jako sztywne przepony poziome, co było równoznaczne z założeniem niezmienności konturu przekroju poziomego konstrukcji budynku przy jej odkształceniach.

Ściany poprzeczne i podłużne, główne elementy ustroju przestrzennego budynku, traktowano jako wsporniki utwierdzone w monolitycznej, podziemnej części budynku lub rzadziej w gruncie. Dodatkowo ściany zewnętrzne dzięki znacznej sztywności na odkształcenia w swojej płaszczyźnie przeciwdziałają skręcaniu ustroju przestrzennego budynku przy zginaniu i dlatego przyjmowano, że pod wpływem parcia wiatru przekroje ustroju przesuwają się równolegle.

Miejscem wrażliwym budynków wielkopłytowych, odróżniającym je od konstrukcji pozostałych rodzajów budynków ze ścianami nośnymi, jest obecność w tarczach stropowych i ściennych złączy między prefabrykowanymi płytami, wskazującymi miejsca, w których najczęściej mogą pojawić się rysy.

Szczególną rolę w zapewnianiu bezpieczeństwa konstrukcji odgrywają wieńce żelbetowe, obiegające ściany konstrukcyjne w poziomie stropów oraz zbrojenie podporowe stropów, zakotwione w tych wieńcach lub przechodzące z jednego przęsła stropu na drugie. Wieńce i zbrojenie podporowe łączą prefabrykowane płyty w tarcze stropowe i ścienne, a także łączą te tarcze w przestrzenne ustroje budynków.

Obiegowa negatywna ocena jakości budynków wielkopłytowych wynika głównie z:

• rozwiązań funkcjonalno-użytkowych budynków i mieszkań, będących skutkiem obowiązującego w czasach PRL tzw. normatywu projektowania,
• zastosowania materiałów i wyrobów (szczególnie wykończeniowych i instalacyjnych) o niedostatecznej jakości,
• niskiej jakości prac montażowych i wad wykonawczych,
• niewłaściwego rozumienia pojęcia „projektowego okresu użytkowania”.

Dostępne w okresie powstawania systemów wielkopłytowych publikacje polskie i zagraniczne, wnioski z badań, rekomendacje międzynarodowe oraz normy były wystarczające do zaprojektowania konstrukcji budynków wielkopłytowych tak, aby spełniały stany graniczne nośności i użytkowalności oraz dodatkowo wykazywały odporność na lokalne uszkodzenia spowodowane oddziaływaniami wyjątkowymi.

Budynki wielkopłytowe zrealizowane w latach 1960-1990 charakteryzują się niską jakością funkcjonalno-użytkową mieszkań, nadmierną przenikalnością cieplną przegród zewnętrznych, niedostatecznym stanem instalacji i urządzeń budowlanych oraz niską estetyką elewacji. Dalsze użytkowanie budynków z wielkiej płyty wiąże się więc z potrzebą przeprowadzania specjalistycznych przeglądów okresowych oraz ocen stanu technicznego i badań przydatności do użytkowania budynków, z uwzględnieniem optymalizacji kosztów na prace konserwacyjne, naprawy bieżące i ewentualne modernizacje budynków.

Ocena i wnioski z przeprowadzonych badań ze wskazaniem najczęściej pojawiających się nieprawidłowości

Analizując zagadnienie niezawodności budynków wielkopłytowych, podstawowym elementem oceny jest stan techniczny ścian zewnętrznych, w szczególności możliwość powstania zagrożenia wynikającego z konstrukcji połączenia warstw fakturowych i nośnych ścian trójwarstwowych; dotychczasowe doświadczenia pozwalają twierdzić, że stan ten może być lokalnie niedostateczny z uwagi na występowanie nieprawidłowych łączników stalowych i nadmierne ich obciążenie.

Specyfikacje techniczne, w okresie wznoszenia "wielkiej płyty", wymagały stosowania wieszaków ze stali odpornych na korozję lub stali zwykłych węglowych z naddatkami na korozję (system OWT), czasowo również dopuszczano stale zwykłe węglowe z powłokami cynkowymi lub aluminiowymi. Dotychczas przeprowadzone badania in situ wykazały, że na wieszaki stosowano również stale zwykłe, stale odporne na korozję, stale chromowe bez dodatków niklu oraz stale gatunku H13N4G9.

Szczegółowe badania stanu łączników ścian trójwarstwowych pozwoliły stwierdzić, że głównym problemem w budownictwie wielkopłytowym był brak stali nierdzewnej właściwej jakości do wykonania połączeń ścian, tj. wieszaków i szpilek. Wykonane badania w budynkach wielkopłytowych ujawniły pęknięcia wieszaków ze stali H13N4G9 (również kruche w wyniku korozji międzykrystalicznej) występujące w całym przekroju w miejscach zagięć i prostopadłe do osi prętów (FOT. 1-2).

Zastosowanie w łącznikach oszczędnościowej (przy zmniejszonej zawartości niklu do 4% i wprowadzeniu dodatku manganu) stali gatunku H13N4G9, przy nieprawidłowych procesach jej produkcji (brak odpuszczania i trawienia) i pomimo zachowania proporcji składu chemicznego, nie gwarantowało spełnienia wymagań w zakresie trwałości i wytrzymałości połączenia.

Z prowadzonych badań i dyskusji środowiskowych wynikają obecnie wątpliwości, czy ściany trójwarstwowe, przed dodatkową termomodernizacją, powinny podlegać działaniom eksperckim czy obligatoryjnemu wzmocnieniu połączenia warstw ściennych i izolacyjnych dodatkowymi kotwami.Badania diagnostyczne budynków wielkopłytowych, przeprowadzone przez ITB w latach 2016-2018 w ramach projektu "Ocena bezpieczeństwa i trwałość budynków wykonanych metodami uprzemysłowionymi", pozwoliły pozytywnie ocenić stan bezpieczeństwa podstawowych elementów konstrukcyjnych analizowanych budynków.

Przykładowa ocena stopnia korozji prętów zbrojeniowych w elementach prefabrykowanych i złączach konstrukcyjnych, przeprowadzona podczas badań in situ oraz podczas oceny makroskopowej przy kontrolowanej rozbiórce budynku wielkopłytowego w Bytomiu, pozwoliła dostrzec wyłącznie korozję powierzchniową o nieznacznym zasięgu. Badania laboratoryjne właściwości ochronnych betonu wypełniającego złącza konstrukcyjne (odczyn pH i zawartość jonów chlorkowych) wykazały wartości normowo dopuszczalne.

Dotychczasowe analizy statystyczne awarii i katastrof budowlanych również potwierdzają fakt, że w obszarze budownictwa uprzemysłowionego zagrożenia utraty nośności i/lub stateczności elementów ustroju konstrukcyjnego praktycznie nie występują. Obserwacje zaistniałych zdarzeń pozwalają twierdzić, że zagrożenia w budynkach wielkopłytowych mogą wynikać z pojawiających się oddziaływań o charakterze wyjątkowym np. w wyniku awarii instalacji gazowych, elektrycznych itp.

Oceny trwałości budynków, ze względu na konieczność uwzględnienia korelacji wielu czynników agresywnych, stanowią złożone i trudne zagadnienie. Dotychczasowe doświadczenia z awarii i katastrof (wybuchów gazu i destrukcji części ścian) wskazują, że konstrukcje budynków wielkopłytowych, z uwagi na okres użytkowania, zostały zaprojektowano w sposób prawidłowy. Istotnym problemem dla oceny trwałości mogą być szczegóły niewłaściwego wykonania prefabrykatów oraz ich montażu, który w okresie wznoszenia wielkiej płyty znacząco odbiegał od zasad zapewnienia jakości podczas realizacji robót budowlanych.

Wieloletnie doświadczenia wskazują, że trwałość budynków określoną jako zdolność budynku do spełniania wymaganych funkcji przez określony czas w warunkach oddziaływania czynników środowiskowych można ocenić powyżej 50 lat, z zastrzeżeniem dla tych elementów, w których dostrzec można efekty błędów produkcji prefabrykatów, ich montażu, stosowania niewłaściwych materiałów oraz zaniedbań konserwacyjnych i naprawczych (podczas remontów bieżących i kapitalnych).

Termomodernizacja ścian budynków wzniesionych w technologiach uprzemysłowionych

Współczesne wymagania w zakresie izolacyjności cieplnej budynków i ich przegród są znacznie ostrzejsze niż w okresie wznoszenia budynków wielkopłytowych. Historię zmian zalecanych wartości współczynników przenikania ciepła pokazano na RYS. 1.

Z uwagi na powyższe i w celu poprawy właściwości izolacyjnych, część zarządców i właścicieli nieruchomości przeprowadza obecnie ponowne (wielokrotne) docieplenia budynków już wcześniej poddanych termomodernizacji.

Według założeń projektowych (funkcjonujących w okresie wznoszenia wielkiej płyty) ściany jednowarstwowe miały charakteryzować się współczynnikami przenikania ciepła około 1,2, a trójwarstwowe około 0,7 W/(m2·K). Badania ścian budynków wielkopłytowych wykazały, że rzeczywiste wartości są wyższe o 0,3-0,5 w przegrodach jednowarstwowych i wyższe o 0,2 W/(m2·K) w przegrodach trójwarstwowych. Głównymi przyczynami pogorszenia ich izolacyjności cieplnych było stosowanie w nich betonów o zwiększonej gęstości oraz różne niedokładności wykonywania lub uszkodzenia warstw izolacji cieplnych.

Podane wartości nie uwzględniają wpływu mostków cieplnych w połączeniach i węzłach konstrukcyjnych w elementach. Miejscami o najniższej izolacyjności były połączenia ścian szczytowych i podłużnych ze stropem nad piwnicą, złącza pionowe ścian ze ścianami logii i płytami balkonowymi, złącza pionowe ścian szczytowych z podłużnymi, gdzie nie stosowano izolacji cieplnych lub montowano wkładki styropianowe o grubości zaledwie 2 cm. Dodatki do współczynnika przenikania ciepła ścian wynikające z uwzględnienia wpływu mostków cieplnych w różnych systemach wielkopłytowych wynoszą około 0,2-0,3 W/(m2·K).

Szczegółowe rozpoznanie właściwości cieplnych poszczególnych części przegrody (np. ściany zewnętrznej) przeprowadza się na podstawie wyników badań metodą termowizyjną, a badania oporu cieplnego metodą wykorzystującą mierniki gęstości strumienia ciepła.

Niska izolacyjność cieplna połączeń i węzłów konstrukcyjnych powoduje nie tylko występowanie zwiększonych strat ciepła, ale również niskich wartości temperatur wewnętrznych powierzchni przegrody. Dotychczasowe badania wykazały, że w budynkach wielkopłytowych zjawiska te występują głównie w wyżej wymienionych połączeniach narożnych przegród oraz przy ramach okien i drzwi balkonowych. W miejscach tych bezwymiarowa wartość temperatur powierzchni wynosi od około 0,66 do 0,70, czyli niższych od minimalnych dopuszczalnych w budynkach mieszkalnych wartości, które w aktualnych przepisach przyjęto równe 0,72. W pomieszczeniach, w których intensywność wentylacji nie jest dostosowywana przez lokatorów do emisji wilgoci, prowadzi to na ogół do występowania powierzchniowych kondensacji pary wodnej oraz rozwoju zagrzybienia.

Szczególne zagadnienia związane ze stosowaniem dociepleń dotyczą stanów wilgotnościowych przegród. Rozpoznanie stanu przegród w tym zakresie ma szczególne znaczenie w przypadku warstwowych ścian budynków wielkopłytowych, w których istotne jest określenie warunków cieplno-wilgotnościowych, w jakich znajdują się międzywarstwowe łączniki metalowe.

Przed określeniem technologii termomodernizacji ścian zewnętrznych (trójwarstwowych) budynków wielkopłytowych, powinny być przeprowadzone czynności badawcze w zakresie:

• kontroli okresowych na podstawie oceny makroskopowej dotyczącej m.in.:
  – uszkodzeń warstw elewacyjnych,
  – wad betonu,
  – zawilgoceń płyt warstw fakturowych,
  – otulenia betonem wieszaków i/lub siatek zbrojeniowych warstw fakturowych,
  – widocznych oznak korozji elementów stalowych,
  – ewentualnych uszkodzeń złączy między płytami ścian/warstw zewnętrznych,
  – stanu obróbek blacharskich okien i attyk dachów,
• kontroli pełnej przeprowadzanej w przypadku stwierdzenia uszkodzeń elewacji budynków wielkopłytowych (np. podczas kontroli okresowych), w zakresie:
  – szczegółowych inwentaryzacji wad i uszkodzeń warstw fakturowych,
  – badań nieniszczących ścian zewnętrznych,
  – odkrywek kontrolnych w celu określenia stanu warstw betonowych i zbrojenia,
  – badań laboratoryjnych cech fizykochemicznych betonu, stali oraz materiału izolacyjnego.

Kontrola stanu elewacji i ścian zewnętrznych wymaga sporządzania protokołów, z których powinny wynikać obowiązki usunięcia nieprawidłowości mogących spowodować zagrożenie bezpieczeństwa ludzi i mienia. Zalecenia pokontrolne powinny również obligować do likwidacji wad związanych z możliwością zawilgocenia izolacji termicznej i korozji wieszaków, co może mieć wpływ na destrukcję fizyczną i wytrzymałość ścian warstwowych. W przypadku stwierdzenia wad elementów konstrukcyjnych należy odnotować je w protokole z kontroli okresowych z zaleceniem opracowania specjalistycznych ekspertyz budowlanych i/lub przeprowadzenia badań w pełnym zakresie.

Zalecenia pokontrolne należy zamieszczać w dziennikach kontroli przeglądów ścian trójwarstwowych, wykonywanych np. podczas kontroli okresowych budynków, które powinny obejmować:

• zakres i technologię lokalnych napraw zarysowań (za pomocą specjalistycznych zapraw lub łączników) w złączach ścian zewnętrznych, które zwykle nie świadczą o zagrożeniu bezpieczeństwa dla konstrukcji nośnej budynków, a tylko o podatności na korozję,
• wzmocnienia połączeń warstw fakturowych z warstwami konstrukcyjnymi, np. za pomocą stalowych kotew dopuszczonych do stosowania w budownictwie (RYS. 2-3), również w przypadku dodatkowego docieplenia i braku możliwości diagnostycznych oceny stanu technicznego ścian trójwarstwowych,
• ocieplenia budynków, w celu zabezpieczenia powierzchni elewacji przed destrukcją czynników atmosferycznych (przy zastosowaniu rozwiązań systemowych ETICS (FOT. 3) spełniających wymagania podstawowe dotyczące energooszczędności budynków).

Możliwości techniczne napraw i/lub wzmocnień podstawowych elementów budynków wielkopłytowych

W zależności od wyników przeprowadzanych badań diagnostycznych elementów konstrukcyjnych i wykończeniowych budynków wielkopłytowych oraz po przeprowadzeniu oceny bezpieczeństwa i trwałości, należy zalecić ewentualne wykonanie prac naprawczych i/lub wzmacniających.

Przy występującej destrukcji materiałowej elementów ustroju nośnego możliwe jest wykorzystanie typowych rozwiązań systemowych z zastosowaniem zapraw PCC (ang. polymer cement concrete - zaprawy lub betony hydrauliczne, modyfikowane przez dodanie polimeru i utwardzane po zmieszaniu z wodą), których przydatność do stosowania w budownictwie jest potwierdzona w krajowych ocenach technicznych.

W przypadku uszkodzeń strukturalnych elementów ustroju konstrukcyjnego należy w sposób indywidualny zaprojektować dodatkowe elementy wzmacniające, przywracające wymaganą niezawodność budynków.

Przykład z praktyki inżynierskiej

W wysokim budynku wielkopłytowym stwierdzono występowanie zarysowań w złączach oraz pęknięcia ścian i stropów na piętrach, w szczególności na najwyższych kondygnacjach. Większość uszkodzeń ścian występowała wzdłuż połączeń płyt, nieliczne miały przebieg ukośny; spękania w stropach przebiegały wzdłuż połączeń płyt.

W celu przeciwdziałania powiększaniu się zarysowań w złączach zdecydowano o wykonaniu przed dociepleniem odpowiednich wzmocnień budynku za pomocą ściągów stalowych (RYS. 4 i FOT. 4) oraz za pomocą iniekcji występujących zarysowań. Zadaniem wprowadzonych ściągów było przede wszystkim zespolenie zewnętrznych płyt ściennych ze sobą i z prostopadłymi do nich ścianami konstrukcyjnymi.

Sposób zabezpieczenia rys i dobór materiału iniekcyjnego zależał zarówno od przyczyn i miejsca ich występowania, jak i od wymiarów rys (głębokości, szerokości i długości).

W przypadku wzmocnienia złączy zabezpieczenia konstrukcji były realizowane poprzez:

• iniekcje uciąglające, umożliwiające uzyskanie jednorodności materiału,
• iniekcje uszczelniające, eliminujące nieszczelności w rysach, uziarnionej strukturze materiału, przerwach roboczych, dylatacjach itp.,
• iniekcje wypełniające, umożliwiające uzyskanie zamknięcia rys, o działaniu hamującym lub uniemożliwiającym, np. dostęp substancji wywołujących korozję.

Ocena stanu technicznego tego budynku (po około 10 latach od wzmocnienia) wskazuje na prawidłową pracę złączy i ustroju przestrzennego budynku.

Wzmocnienia konstrukcji ścian trójwarstwowych, w szczególności elementów łączących warstwy nośne i fakturowe, można uzyskać za pomocą systemowych łączników/kotew stalowych.

Rodzaj, liczbę i rozstaw elementów mocujących należy określać w projekcie wzmocnienia na podstawie rzeczywistego stanu technicznego elementów i kontrolnych obliczeń statyczno-wytrzymałościowych.

Projektowane łączniki powinny być dopuszczone do stosowania w budownictwie oraz być wykonane z materiałów odpornych na działanie korozji w prognozowanym okresie eksploatacji.

W celu zabezpieczenia powierzchni elewacyjnych ścian zewnętrznych budynków wielkopłytowych przed destrukcyjnym działaniem czynników atmosferycznych i ochrony stalowych wieszaków przed korozją oraz w celu poprawy energooszczędności budynków, od lat stosuje się powszechnie ocieplenie ścian zewnętrznych.

Przy termomodernizacji elementów, również przy powtórnym dociepleniu, zaleca się stosowanie systemu ocieplania ETICS, spełniającego wymagania podstawowe dotyczące energooszczędności budynków.

W związku ze specyfiką konstrukcji budynków wielkopłytowych, eksploatowanych przez ok. 50 lat, mogą one wymagać podjęcia szeregu prac remontowych oraz modernizacyjnych w celu wyeliminowania skutków np. wad wykonawczych oraz wbudowania materiałów i wyrobów budowlanych o wątpliwej jakości. Konieczne mogą być również działania mające na celu naprawy uszkodzeń wynikających z długoletniej eksploatacji budynków i nieprawidłowo wykonanych wcześniejszych prac naprawczych.

Wszystkie działania naprawcze w obszarze budownictwa wielkopłytowego powinny uwzględniać konieczność wdrożenia aktualnych przepisów m.in. w celu:

• przystosowania budynków do współczesnych lub przyszłych standardów energetycznych, ochrony cieplnej, zapotrzebowania na energię np. do ogrzewania i przygotowania ciepłej wody,
• stworzenia warunków swobodnego korzystania z budynków przez osoby starsze oraz niepełnosprawne, np. poruszające się na wózkach inwalidzkich (FOT. 5),
• przebudowy/modernizacji mieszkań oraz poprawy parametrów funkcjonalno-użytkowych i oczekiwań społecznych (wielkość pomieszczeń, oświetlenie naturalne, wentylacja).

Remonty i modernizacje budynków wielkopłytowych powinny zmierzać również do dostosowania budownictwa wielkopłytowego do współczesnych wymagań w zakresie:

• demontażu elewacji z płyt azbestowo-cementowych i wyrobów z zawartością azbestu (np. ścianki loggii, przewody kominowe) oraz zasad bezpiecznej ich utylizacji,
• termomodernizacji budynków wielkopłytowych, dotychczas nieocieplonych, których montaż został zakończony do końca lat 90. XX wieku, dostosowanych do wymagań i warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki oraz obecnej metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynków,
• wymiany stolarki okiennej w mieszkaniach i na klatkach schodowych na energooszczędną w budynkach objętych termomodernizacją,
• wymiany wyeksploatowanych przewodów instalacji wodno-kanalizacyjnej, gazowej i grzewczej z dostosowaniem ich do aktualnych przepisów techniczno-budowlanych,
• modernizacji systemu ogrzewania i przygotowania ciepłej wody użytkowej przez racjonalne wykorzystanie odnawialnych źródeł energii (OZE) w zaopatrzeniu w ciepło,
• modernizacji/wymiany w budynkach aluminiowej instalacji elektrycznej, np. w zakresie zabezpieczeń przepięciowych,
• opcjonalnie: eliminacji instalacji gazowych w użytkowanych budynkach wysokich i wysokościowych oraz zastąpienie ich zasilaniem elektrycznym trójfazowym urządzeń kuchennych i podgrzewaczy elektrycznych ciepłej wody użytkowej,
• modernizacji wentylacji naturalnej grawitacyjnej i mechanicznej (nawiewno-wywiewnej) po termomodernizacji budynków w dostosowaniu do współczesnych wymagań,
• powtórnego docieplenia elewacji budynków poddanych wcześniej termorenowacji o obniżonej jakości energetycznej przez dostosowanie do współczesnych warunków technicznych i uregulowań prognozy do 2021 roku w zakresie izolacyjności przenikania ciepła ścian, dachów lub stropodachów.

Kierunki przebudowy (rewitalizacji) budynków wielkopłytowych mogą więc obejmować:

• nadbudowę/rozbudowę budynków,
• przebudowę struktury mieszkań, polegającą na łączeniu sąsiednich lokali (w pionie i poziomie) w celu poprawy ich funkcjonalności przy uwzględnieniu możliwości technicznych i racjonalizacji ekonomicznej,
• powiązanie funkcji mieszkalnych z otoczeniem przez zastosowanie efektownych wejść do budynków, zieleni wokół budynków oraz ogródków przydomowych,
• likwidację skorodowanych betonowych balkonów i loggii oraz zastąpienie ich dostawianymi loggiami z elementów pionowych (żelbetowych lub stalowych), kotwionych w poziomie stropów każdej kondygnacji i opartych na własnych fundamentach,
• dostosowanie budynków 5-kondygnacyjnych do wymagań warunków technicznych przez dobudowanie od zewnątrz do elewacji dźwigów osobowych oraz przystosowanie klatek schodowych do swobodnego poruszania się osób niepełnosprawnych, szczególnie poruszających się na wózkach inwalidzkich,
• zmiany funkcjonalne w poziomie parterów przy ewentualnym zmniejszeniu ścian żelbetowych (nowe otwory lub poszerzanie istniejących) dla nowych warunków eksploatacji i aranżacji wnętrz (lokale handlowe i/lub usługowe).

Artykuł jest częścią raportu "Budownictwo wielkopłytowe", opracowanego przez Instytut Techniki Budowlanego na zlecenie Ministerstwa Infrastruktury.

Literatura

1. M. Wójtowicz, "Trwałość budynków wielkopłytowych w świetle badań", Materiały XIII Konferencji Naukowo-Technicznej "Warsztat pracy rzeczoznawcy budowlanego", Cedzyna 2014.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!