Przyczyny uszkodzeń murów - błędy projektowe

W pierwszej części artykułu umówione zostaną uszkodzenia spowodowane błędami projektowymi.

Podział uszkodzeń muru

Konstrukcje murowe mogą wykazywać wiele rozmaitych uszkodzeń, które można klasyfikować na kilka sposobów.

Do najbardziej ogólnych należy podział z uwagi na miejsce występowania uszkodzeń:

• w części konstrukcyjnej ściany,
• w warstwach wykończenia i ocieplenia.

Innym przykładem podziału uszkodzeń jest klasyfikacja z uwagi na rodzaj zniszczeń. W tym wypadku uszkodzenia należy podzielić na:

• zarysowania i spękania murów oraz warstw fakturowych,
• zawilgocenia,
• uszkodzenia na skutek działania ujemnych i dodatnich temperatur,
• zniszczenia murów związane z naturalnym zużyciem materiałów,
• uszkodzenia spowodowane przez klęski żywiołowe (pożary, powodzie, huragany itp.).

Jednak najczęściej stosowaną klasyfikacją uszkodzeń jest podział z uwagi na przyczynę generującą ich wystąpienie. Wyróżnić tu należy:

• uszkodzenia wywołane przeciążeniem konstrukcji,
• uszkodzenia związane z właściwościami fizyko-chemicznymi stosowanych materiałów (skurcz, pęcznienie, odkształcalność termiczna, nasiąkliwość, mrozoodporność itd.),
• uszkodzenia wywołane zmianą stateczności konstrukcji (nierównomierne osiadanie gruntu, zmiana warunków gruntowo-wodnych w rejonie posadowienia, przebudowy obiektu lub wznoszenie nowych budynków w bezpośredniej bliskości)
• uszkodzenia spowodowane wpływami dynamicznymi i wyjątkowymi.

Przyczyn wystąpienia uszkodzeń murów jest równie wiele jak samych typów uszkodzeń. Często uszkodzenie muru spowodowane jest przez działanie zespołu czynników. Bywa również, że jedna przyczyna wywołuje cały szereg uszkodzeń. W zależności od rodzaju materiału, z jakiego mur jest wykonany, podobne przyczyny mogą powodować różne typy uszkodzeń.

Najczęstszymi przyczynami zniszczeń konstrukcji murowych są uszkodzenia wywołane:

• ruchem podłoża gruntowego (60-70%),
• przeciążeniem (15-20%)
• wpływami dynamicznymi i wyjątkowymi (2-5%) [1].

Morfologia rys była już tematem wielu prac opisujących uszkodzenia zarówno konstrukcji żelbetowych [2-5], jak i murowych [6-12].

Uszkodzenia spowodowane błędami projektowymi

Na etapie projektowania budynków wznoszonych w technologii tradycyjnej można popełnić szereg błędów, które skutkować będą wystąpieniem uszkodzeń ścian. Do najczęstszych z nich należą:

• brak sprawdzenia SGN muru,
• brak przeciwdziałania uszkodzeniom w miejscach koncentracji naprężeń,
• projektowanie ścian z różnych materiałów,
• nieuwzględnienie możliwości wystąpienia naprężeń termicznych,
• przyjęcie jednakowej szerokości fundamentów dla wszystkich ścian,
• złe rozeznanie podłoża gruntowego,
• nieodpowiednie projektowanie nowych budynków posadowionych na innym poziomie niż budynki przyległe,
• nieuwzględnianie dużych ugięć stopów pod ścinakami działowymi.

Brak sprawdzenia SGN i SGU muru

Do niedawna panowała powszechna opinia, że murów nie trzeba sprawdzać obliczeniowo. W niskich budynkach jednorodzinnych wytężenie murów jest rzeczywiście nieznaczne, co nie zwalnia jednak od sprawdzenia warunków nośności najbardziej obciążonego fragmentu ściany zgodnie z postanowieniami normy PN-EN 1996­‑1-1 [13]. Algortymy i przykłady obliczeń zgodnie z tą normą znaleźć można w pracy [14].

W obiektach o większej liczbie kondygnacji (powyżej dwóch) może już dojść do niespełnienia warunków nośności murów obciążonych głównie pionowo, szczególnie w elementach o małym przekroju poprzecznym, takich jak filarki międzyokienne i słupy. Pominięcie sprawdzenia nośności muru na obciążenia pionowe może skutkować przyjęciem zbyt słabego materiału lub zbyt małego przekroju części konstrukcyjnej ściany, co doprowadzić może do przeciążenia muru.

Efektem przeciążenia muru są zazwyczaj pionowe zarysowania i pęknięcia (RYS. 1-2) [15-21].

Obraz zarysowań spowodowanych przeciążeniem muru uzależniony jest od rodzaju elementów murowych i zaprawy użytych do wznoszenia muru. W większości konstrukcji (gdy moduł sprężystości zaprawy jest mniejszy od modułu sprężystości elementów murowych) na skutek wystąpienia złożonego stanu naprężeń pierwsze pionowe zarysowania pojawiają się w elementach murowych, kolejne zaś w zaprawie.

Pojawienie się pierwszych rys w murze zazwyczaj nie oznacza wyczerpania jego nośności. W murach z cegły pełnej na zaprawach wapiennych i cementowo-wapiennych zarysowania mogą wystąpić już na poziomie 0,4÷0,7 naprężenia niszczącego. W murach na zaprawach cementowych rysy występują później - około 0,7÷0,9 s_max.

W ścianach wykonanych z elementów murowych grupy 1 zarysowanie występuje znacznie wcześniej niż w ścianach z elementów z grupy 3.

Mury wykonane z elementów o dużych wymiarach i znacznej perforacji charakteryzują się bardzo krótkim przedziałem pomiędzy wartością naprężeń rysujących i niszczących, a ich zniszczenie przebiega zazwyczaj w sposób gwałtowny.

W elementach o małym przekroju poprzecznym oprócz występowania rys pionowych obserwuje się także rysy ukośne. Przykład zarysowania ściany pod obciążeniem pionowym pokazano na FOT. 1.

Oprócz sprawdzenia nośności na obciążenia pionowe, projektant zobowiązany jest do sprawdzenia nośności murów obciążonych siłą skupioną, elementów zginanych oraz ścinanych.

Sprawdzenie nośności elementów zginanych w płaszczyźnie może być konieczne w wypadku stosowania murowanych zbrojonych nadproży. Wówczas nośność sprawdzać należy według postanowień normy PN-EN 1996-1-1 [13] - gdy ta będzie już obowiązująca. Zastosowanie niewystarczającego przekroju zbrojenia doprowadzić może do ukośnych zarysowań nadproża (RYS. 3).

W wypadku zginania z płaszczyzny warunki SGN sprawdzać należy ścianach osłonowych i ścianach obciążonych parciem gruntu. Charakter zarysowania tych ścian na skutek przeciążenia zależny jest od sposobu podparcia ścian, geometrii muru oraz od rodzaju zastosowanych elementów murowych i zaprawy [16, 17, 18].

Bezpieczne można przyjąć, że zniszczenie rysą prostopadłą do spoin wspornych wystąpi w ścianach podpartych na trzech lub czterech krawędziach, jeżeli wysokość ściany jest co najmniej dwukrotnie większa od jej szerokości (RYS. 4). W ścianach o szerokości ponad dwukrotnie większej od wysokości zniszczenie następuje zazwyczaj przez spoiny wsporne (RYS. 6), a w ścianach o stosunku wysokości do szerokości 0,5¸2 może wystąpić zarysowanie zarówno przez spoiny wsporne, jak i prostopadle do nich (RYS. 5).

W konstrukcjach, gdzie murowane ściany pełnią rolę ścian usztywniających (np. w obiektach o żelbetowej konstrukcji szkieletowej), nie należy zapominać o sprawdzaniu stanu granicznego użytkowalności muru z uwagi na obciążenia poziome [19], nawet pomimo faktu, że warunek ten nie wystepuje w Eurokodzie 6. Sposób prowadzenia obliczeń podano w pracy [19]. Wynikiem niespełnienia warunku SGU są ukośne zarysowania muru (RYS. 7).

Uszkodzenia spowodowane błędami projektowymi

Brak przeciwdziałania uszkodzeniom w miejscach koncentracji naprężeń

Oprócz sprawdzenia stanu granicznego nośności oraz użytkowalności normy zobowiązują projektanta do zachowania w elementach murowanych warunków konstrukcyjnych. Zgodnie z ich zaleceniami mury projektować należy w taki sposób, aby przez cały przewidywany okres użytkowania w określonych warunkach środowiskowych i przy właściwej konserwacji odpowiadały założonemu przeznaczeniu. Przy określaniu trwałości konstrukcji murowych należy uwzględnić warunki środowiskowe, na działanie których konstrukcja będzie narażona, usytuowanie konstrukcji w budowli oraz sposób jej zabezpieczenia przed działaniem niekorzystnych czynników. Jednym z takich czynników są miejsca koncentracji naprężeń, np. w okolicy otworów okiennych i drzwiowych oraz w miejscach zmiany grubości muru.

Częste występowanie zarysowań ponad otworami wynikają z samej geometrii konstrukcji. W wypadku niewystarczającej nośności na rozciąganie przy zginaniu w ścianie ponad otworem występuje często efekt przesklepienia i rysy mają przebieg ukośny - z nachyleniem ok. 40÷60° w kierunku środka nadproża (RYS. 3).

Obecnie najczęściej wykonuje się typowe żelbetowe prefabrykowane nadproża lub nadproża systemowe, co eliminuje konieczność przejęcia przez mur naprężeń rozciągających. Rzadko stosuje się murowane nadproża zbrojone lub niezbrojone. Przy dużych naprężeniach ściskających zarysowania mogą powstać również ponad prefabrykowanym nadprożem oraz w okolicy stref jego oparcia na murze (FOT. 2). Przyczyną tych zarysowań może być lokalny docisk, skurcz prefabrykatu lub odkształcenia termiczne.

Jeżeli nawet strefa nadprożowa zostanie poprawnie zaprojektowana, należy pamiętać, że rozciągania występują również w strefie pod otworami (RYS. 8). Wartość naprężeń rozciągających jest tam oczywiście znacznie mniejsza niż w nadprożach, jednakże może doprowadzić do zarysowań pod oknami (FOT. 3-4).

Strefy nad i pod otworami można w prosty sposób zabezpieczyć przed powstaniem zarysowań, stosując odpowiednie zbrojenie w spoinach wspornych muru. Zbrojenie musi odpowiadać wymogom normy PN-EN 845­‑3:2013 [20] w zakresie kształtu, jakości materiału i średnic oraz normy PN-EN 1996-1-1 [13] w zakresie minimalnych procentów zbrojenia.

Projektowanie ścian obiektu z różnych materiałów

W ostatnich latach modne stało się projektowanie "pod inwestora". Przyszłych nabywców mieszkań i domów zachęca się do kupna, argumentując, że ściany zewnętrze wykonane są z materiałów o bardzo wysokiej izolacyjności termicznej, a ściany wewnętrzne o dużej izolacyjności akustycznej. Prowadzi to do stosowania różnych elementów murowych i różnych zapraw, np. w ścianach zewnętrznych i wewnętrznych i w konsekwencji do zarysowań murów. Przyczyną zarysowań są odmienne właściwości fizyczne murów wykonanych z kilku materiałów.

Rysy mogą wystąpić na skutek odkształceń reologicznych murów, odkształceń termicznych lub różnych odkształceń doraźnych (różnych modułów sprężystości). W TAB. 1 za nową niemiecką normą DIN 1053-100 [21] oraz jej poprzedniczką DIN 1053­‑1 [22] podano zalecane do obliczeń wartości skurczu murów i przedział możliwych odkształceń reologicznych, oraz końcowe wartości współczynnika pełzania.

W TAB. 2. również za DIN 1053-100 [21], podano zalecane do przyjmowania w obliczeniach wartości współczynnika odkształcalności termicznej i modułu sprężystości muru oraz przedziały możliwych wartości współczynników odkształcalności termicznej i modułów sprężystości. Na tablicach z norm niemieckich oparto tablice zamieszczone w Eurokodzie 6.

Wartości zestawione w TAB. 1 wykazują znaczne rzeczywiste różnice odkształceń reologicznych murów wykonanych z różnych elementów murowych. Większość materiałów cechuje się tendencją do skurczu, zaś ceramika raczej do pęcznienia. Dlatego należy unikać łączenia ceramiki z innymi materiałami. Porównanie wartości odkształcalności termicznej murów wykonanych z różnych elementów murowych (TAB. 2.) również prowadzi do podobnego wniosku.

Projektując konstrukcje murowe, można teoretycznie zaprojektować mur o tej samej wytrzymałości na ściskanie ze słabszej zaprawy i mocnych elementów murowych lub ze słabszych elementów murowych i mocnej zaprawy. Jednakże z uwagi na różną odkształcalność doraźną nie należy ich takich materiałów stosować w jednym obiekcie. Różne wartości odkształceń spowodować mogą bowiem powstanie zarysowań.

Przykład zarysowań wewnętrznych silikatowych ścian budynku na skutek ich skurczu i pęcznienia ceramiki (ściany zewnętrzne) oraz odkształceń termicznych pokazano na RYS. 9. Uszkodzenia muru znacznie rzadziej występują na skutek skurczu ceramiki. Na RYS. 10-11 pokazano uszkodzenia silikatowych ścian wewnętrznych wywołane skurczem ceramicznej ściany zewnętrznej.

Nieuwzględnienie możliwości wystąpienia naprężeń termicznych

Na etapie projektowania należy uwzględnić i odpowiednio zabezpieczyć miejsca wystąpienia naprężeń od obciążeń termicznych. Typowym przykładem uszkodzeń spowodowanych brakiem odpowiedniego rozwiązania projektowego (np. przez zastosowanie warstw poślizgowych) są zarysowania na styku stropodachu i ściany. (RYS 12-13).

Stropodach na skutek odkształceń termicznych ulega wydłużeniu i następuje ścięcie muru. W podobny sposób powstać mogą zarysowania muru w okolicy innych elementów żelbetowych narażonych na działanie temperatury (balkony, nieocieplone wieńce i nadproża). Przykład uszkodzeń ścian przy stropodachu pokazano na FOT. 5-6.

Innym typem uszkodzeń wywołanych przez naprężenia termiczne są zarysowania ścian przy trzonach kominowych (RYS. 14, FOT. 7). W literaturze znaleźć można przypadki gdy rysy muru wywołane były przez lokalne źródło ciepła - grzejniki c.o. [7, 12].

Błędy na etapie projektowania posadowienia

Projektując obiekt murowany budowlany, wykonuje się najczęściej kilka odwiertów kontrolnych podłoża gruntowego - zazwyczaj cztery pod narożami budynku. Na podstawie wyników badań określa się szerokości i zbrojenie ław fundamentowych.

Częstym błędem, który może skutkować wystąpieniem zarysowań w ścianach budynków wielokondygnacyjnych, jest zaprojektowanie ław fundamentowych o jednakowych szerokościach pod wszystkimi ścianami obiektu. Ściany zewnętrzne są bowiem mniej obciążone od ścian wewnętrznych, a tym samym wywierają mniejszy nacisk na grunt i ich osiadania są mniejsze.

W wypadku zaprojektowania jednakowych fundamentów pod ściany zewnętrzne i wewnętrzne może dojść do zarysowania murów (RYS. 15-16).

Podobny przypadek ma miejsce, gdy następuje skokowa zmiana wysokości budynku - rysy wsypują wtedy zazwyczaj w płaszczyźnie zmiany wysokości (FOT. 8-10).

Zbyt mała liczba lub zbyt płytkie badania gruntu mogą skutkować brakiem właściwego rozpoznania podłoża gruntowego i niewłaściwym zaprojektowaniem fundamentów. Sytuacja taka jest niebezpieczna w wypadku posadawiania budynku na niejednorodnych gruntach o zróżnicowanym uwarstwieniu.

Jeżeli podłoże gruntowe ma charakter wysadzinowy lub cechuje się skłonnościami do skurczu i pęcznienia, wówczas może dojść do miejscowych osiadań i w efekcie zarysowań konstrukcji.

W zależności od miejsca występowania osiadań na długości muru zarysowania mają różny przebieg [30].

Gdy osiadania wystąpią w części środkowej ściany rysy mogą mieć charakter pionowy i ukośny (RYS. 17). Przy większych wartościach osiadań w murze może wystąpić efekt przesklepienia. Wówczas w ścianach pojawić się mogą rysy poziome (RYS. 18). Gdy nierównomierne osiadanie występuje w narożniku obiektu, obserwuje się zazwyczaj ukośne spękania muru (RYS. 19).

W wypadku ścian perforowanych przebiegi rys dostosowują się do geometrii ściany. Przykład uszkodzeń spowodowanych lokalnym osiadaniem podłoża gruntowego pokazano na FOT. 11-14.

Projektując posadowienie nowych obiektów w okolicy budynków istniejących, należy pamiętać o wpływie nowej konstrukcji na istniejące obiekty. Poprawnie zaprojektowany i wykonany budynek może spowodować wystąpienie zarysowań w budynkach przyległych.

Nowe konstrukcje należy posadawiać nie głębiej niż przyległe budynki oraz oddylatować od starych.

W przypadku posadowienia nowej konstrukcji głębiej od poziomu posadowienia istniejącego budynku należy przewidzieć stosowane zabezpieczenia.

Znane są również przypadki, gdy ruch podłoża wywołany dodatkowym obciążeniem wznoszonego budynku wysokiego spowodował osiadanie gruntu i zarysowania budynków znajdujących się nawet w pewnej odległości od budowy.

Założenie dużych ugięć stopów pod ścinakami działowymi

Projektowanie żelbetowego elementu zginanego (stropu, belki, nadproża, rygla ramy itp.) w stanie granicznym użytkowalności w praktyce sprowadza się do sprawdzenia, czy jego ugięcia nie przekraczają wartości odpuszczalnych. Gwarantuje to, że ugięcie projektowanej konstrukcji będzie małe i nie wywoła w użytkownikach negatywnych odczuć.

Wszystko jest w porządku, jeżeli na tak zaprojektowanych elementach konstrukcji nośnej nie zostaną oparte murowane ściany. Okazuje się, że ugięcia tych elementów konstrukcyjnych, pomimo spełnienia odpowiednich warunków normowych są zazwyczaj na tyle duże, że powodują powstawanie w ścianach zarysowań [12].

Aby nie doszło do zarysowania ściany murowanej wspartej na stropie lub elemencie belkowym, musi być dodatkowo spełniony warunek nieprzekroczenia jej deformacji postaciowej, która jest charakteryzowana przez kąt odkształcenia postaciowego. Warunek ten, podany jest w wycofanej już normie PN­‑B-03002:2007 [15] i dotyczy ścian usztywniających, ale równie dobrze może być stosowany do innych typów ścian w budynkach (także do ścianek działowych).

Ściana murowana, zgodnie z zaleceniami normy, nie ulegnie zarysowaniu lub powstałe zarysowanie będzie miało szerokość rozwarcia nieprzekraczającą 0,3 mm wtedy, gdy maksymalna wartość kąta odkształcenia postaciowego Θ_Sd wyznaczona dla danej ściany - np. na podstawie zależności geometrycznych (RYS. 20) - nie przekroczy podanej w normie dopuszczalnej wartości Θ_adm. W Eurokodzie 6 warunek ten nie występuje.

Spełnienie powyższego warunku nie jest jednak możliwe, jeżeli konstrukcja stropu bądź belki żelbetowej będzie zaprojektowana jedynie zgodnie z wymaganiami normy żelbetowej odnośnie dopuszczalnych ugięć.

W TAB. 3 przedstawiono wyliczone przykładowe wartości maksymalnych ugięć, dopuszczalnych przez normę PN-B­‑03264:2002 [24] oraz Eurokod 2 [25] oraz wartości obliczonych na ich podstawie kątów odkształcenia postaciowego Θ_Sd w porównaniu z wartościami dopuszczalnymi Θ_adm według PN-B­‑03002:2007 [15], które zależą do rodzaju zaprawy i elementów murowych, z których ściana została wykonana.

Wyznaczone wartości kąta odkształcenia postaciowego przy maksymalnym dopuszczalnym ugięciu stropu są od 50 do 20 razy większe od wartości dopuszczalnych zalecanych przez normę murową.

Przy tak znacznym przekroczeniu granicznej wartości Θ_adm mur nie ma szans pozostać niezarysowany. Oczywiście dotyczy to przypadku szczególnego, gdy ściana usytuowana jest w środku rozpiętości stropu.

W przypadku gdy ściana nie jest położona w strefie środkowej przekroczenie warunku Θ_adm jest mniejsze, ale w dalszym ciągu znaczące.

Wartość dopuszczalnego kąta odkształcenia postaciowego ściany Θ_adm zależy do rodzaju zaprawy i elementów murowych zastosowanych w murze. Dla ścian wykonanych z elementów grupy 1 na zaprawie cementowo-wapiennej Θ_adm = 0,5, zaś dla murów z betonu komórkowego na zaprawie cementowej Θ_adm = 0,2.

Aby wyeliminować możliwość pojawienia się rysy w działowej ścianie, stropy należałoby projektować nie z uwagi na nieprzekroczenie dopuszczalnych ugięć, lecz z uwagi na nieprzekroczenie dopuszczalnej wartości kąta odkształcenia postaciowego muru. Wówczas graniczna wartość dopuszczalnych ugięć, która według normy żelbetowej wynosi: a_lim = l_eff/200 (lub a_lim = l_eff/250), ulega znacznemu zmniejszeniu.

W TAB. 4 pokazano wartości granicznych ugięć wyznaczone z uwagi na nieprzekroczenie dopuszczalnego kąta odkształcenia postaciowego Θ_adm.

Wielkości granicznych ugięć podane w TAB. 4 są w praktyce niemożliwe do spełnienia. Należy tu jednak pamiętać, że:

• wielkości te dotyczą przypadku, gdy ściana usytuowana jest w środku stropu. Gdy ściana znajduje się poza strefą środkową, ugięcia są mniejsze i zwiększa się wartość granicznych dopuszczalnych ugięć,
• przeprowadzone obliczenia granicznych wartości ugięć stropu wykonano przy założeniu maksymalnego dopuszczalnego przez normę PN-B-03264:2002 [24] kąta odkształcenia postaciowego stropu, a nie muru. Kąt odkształcenia postaciowego muru, na skutek sztywności muru, sił tarcia i klinowania elementów murowych jest zapewne mniejszy,
• obliczone wartości granicznych ugięć stropu dotyczą tylko tych obciążeń, które działają bezpośrednio na ścianę działową. Ponieważ ściany działowe muruje się już po wykonaniu elementów nośnych - odpada znaczna część obciążeń stałych i warunki zawarte w TAB. 4 powinny być spełnione przy obciążeniach zmiennych (użytkowych i ciężaru samej ściany działowej) oraz części obciążeń stałych (np. od warstw posadzki, tynków).

Powyżej wykazano, że spełnienie normowego warunku nieprzekroczenia dopuszczalnych ugięć stropu (według PN-B­‑03264:2002 [24]) nie gwarantuje spełnienia nieprzekroczenia dopuszczalnych wartości kąta odkształcenia postaciowego muru (zgodnie z PN-B-03002:2007 [15]).

O wiele lepsze stanowisko, z punktu widzenia poprawności projektowania, znaleźć można np. w normach: europejskiej, amerykańskich, niemieckiej oraz normie polskiej dotyczącej zespolonych płyt stropowych.

Europejska norma Eurokodu-2 [25] zawiera zapis, że odpowiednie graniczne wartości ugięć ustala się z uwzględnieniem rodzaju konstrukcji, wykończenia, ścian działowych i zamocowanych instalacji oraz z uwagi na jej przeznaczenie.

Norma zawiera również zapis dodatkowy, który mówi, że ugięcia nie powinny przekraczać wartości, do których mogą dostosować się inne połączone elementy, takie jak ścianki działowe, oszklenia, okładziny, elementy wyposażenia lub wykończenia.

Gdy ugięcia, które powstają po zakończeniu wznoszenia konstrukcji, mogą wywołać uszkodzenia przyległych konstrukcji i elementów (np. ścianek działowych), to należy je ograniczyć do poziomu 1/500 rozpiętości efektywnej. Można ponadto stosować inne dodatkowe ograniczenia, zależne od wrażliwości przyległych konstrukcji - na co zwraca się uwagę w pracy [34].

Wartości rzeczywistych ugięć konstrukcji pod ścinakami działowymi, należy według Eurokodu-2 wyznaczać dla kombinacji quasi-stałej. Podobne zalecenia znaleźć można w polskiej normie PN-EN 13747:2006 [26] dotyczącej zespolonych płyt stropowych.

W przypadku, gdy wartości graniczne ugięć tych elementów zależą od części budowli podpieranych przez strop, ugięcia należy ograniczyć do L/500 (L - rozpiętość stropu).

Amerykańska norma projektowania konstrukcji żelbetowych ACI 318-02 [27] w sytuacji, gdy na stropie zabudowane są elementy niekonstrukcyjne (np. murowane ścianki działowe), dopuszczalne wartości ugięć ogranicza do nieprzekraczających 1/480 rozpiętości efektywnej stropu. Są to więc wartości ugięć dopuszczalnych prawie dwukrotnie mniejsze niż podane w naszych przepisach normowych.

Amerykańska norma dotycząca projektowania konstrukcji murowych ACI 530-05/ASCE 5-05/TMS 402-05 [28] w odniesieniu do belek i nadproży wprowadza jeszcze bardziej drastyczne ograniczenia dopuszczalnych wartości ugięć od łącznego działania wszystkich obciążeń długotrwałych, a mianowicie nie powinny one przekraczać 1/600 rozpiętości efektywnej lub 7,6 mm (każdorazowo miarodajna jest wartość mniejsza).

Niemiecka norma DIN 1045-1 [28] przeznaczona do projektowania konstrukcji żelbetowych podaje dwie możliwości wpływu projektanta na konstrukcję stanowiącą podparcie ścian działowych.

Pierwsza z nich to, podobnie jak w omawianych wyżej normach, ograniczenie ugięć stropu. W przypadku, gdy na żelbetowej konstrukcji zabudowane są ścianki działowe, należy ugięcia konstrukcji ograniczyć do 1/500 rozpiętości.

Drugie zalecenie to narzucenie minimalnej grubości stropu poprzez podwójne kryterium:

oraz    (1)

gdzie:

d - wysokość użyteczna przekroju,

l_i - rozpiętość obliczana według wzoru (2)

l_i = α · l_eff (2)

gdzie:

l_eff - rozpiętość efektywna;

α - współczynnik według TAB. 5.

W wytycznych niemieckich [29] znaleźć można dodatkowe zalecenia odnośnie murowania ścianek działowych na stropach:

• należy jak najpóźniej przystąpić do murowania ścian działowych - po zakończeniu robót stanu surowego,
• przed wmurowaniem elementów murowych przykryć je folią w celu wyeliminowania skurczu,
• przy dużych rozpiętościach stropu l_i  >  7,0 m stosować zbrojenie w spoinach wspornych ścianek działowych.

Gdy na etapie projektowania pominięty zostanie problem ugięć stropu i projektant ograniczy się do zachowania warunków ugięć z normy żelbetowej PN-B-03264:2002 [24] może dojść do zarysowania ścianek działowych zabudowanych na stropie.

Rysy powstałe na skutek ugięć podpierającej je konstrukcji mają najczęściej zróżnicowany przebieg. Obserwuje się zarówno zarysowania pionowe, jak i rysy o wyraźnym przebiegu poziomym (FOT. 15) oraz ukośnym (FOT. 16). Zarysowania poziome przebiegają zazwyczaj przez spoiny wsporne, zaś rysy ukośne wzdłuż spoin wspornych i czołowych lub także przez elementy murowe.

Sposób zarysowania ścian działowych spowodowany ugięciem konstrukcji je podpierającej jest podobny do zarysowań ścian pod wpływem nierównomiernego osiadania gruntu (RYS. 17-18). Przebieg rys zależy przede wszystkim od stosunku wysokości H do szerokości L ściany (RYS. 21-22 i RYS. 23).

Elementy o H/L zbliżonym do 1 wykazują najczęściej zarysowanie w układzie horyzontalnym, tuż przy poziomie stropu lub na niewielkiej wysokości licząc od powierzchni stropu.

Ściany o nieco większej szerokości najczęściej rysują się ukośnie, a dodatkowo mogą wtedy także wystąpić zarysowania poziome usytuowane bliżej środka wysokości ściany.

Natomiast w murach o szerokości znacznie większej niż wysokość najczęściej występują pionowe zarysowania oraz ukośne rysy w narożach.

Dokładne określenie granic przedziałów opisujących różne sposoby zarysowania muru nie jest możliwe, gdyż układ uszkodzeń zależy nie tylko od jej proporcji geometrycznych, ale również od stosunku sztywności ściany do sztywności stropów.

W przypadku, gdy w ścianie działowej występują otwory drzwiowe lub okienne, rysy występują zazwyczaj w rejonie naroży otworów i często mają ukośny, bądź poziomy przebieg (FOT. 17). Układ uszkodzeń zależy wtedy zarówno od stosunku H/L, jak i stopnia perforacji ściany otworami (RYS. 24-25) oraz lokalizacji otworu w ścianie.

W wypadku pojedynczego otworu zarysowania mają zazwyczaj ukośny przebieg, w górę od naroża otworu (rysy oznaczone jako "1" na RYS. 24-25). Gdy w ścianie znajduje się kilka otworów, tworzyć się mogą poziome rysy łączące ich górne narożniki (rysa "2" RYS. 25). Przykłady różnych zarysowań ścian działowych spowodowanych ugięciem stropu pokazano na FOT. 18-19, FOT. 20-21 i FOT. 22-23.

Ugięcia stropów mogą być przyczyną uszkodzeń nie tylko ścian działowych, ale również i ścian nośnych.

Gdy docisk ścian wyższych kondygnacji jest na tyle mały, że umożliwia obrót uginającego się stropu na podporze, wówczas istnieje niebezpieczeństwo powstania rysy wewnętrznej rozwarstwiającej ścianę w płaszczyźnie ocieplenia wieńca (RYS. 26-27). Jeżeli wieniec nie jest ocieplony, wtedy dodatkowo powstaje zazwyczaj rysa pozioma na elewacji budynku.

Literatura

1. R. Orłowicz, L. Małyszko, "Wady i usterki ścian ceramicznych", „Przegląd Budowlany” 2/2002, s. 30-33.

2. T. Godycki-Ćwirko, "Morfologia rys w konstrukcjach z betonu", Wydawnictwo Politechniki Białostockiej, Białystok 1993.

3. B. Bukowski, "Morfologia rys w konstrukcjach żelbetowych i betonowych", archiwum "Inżynierii Lądowej" 4/1957, s. 391-441.

4. K. Braun, "Przyczynek do problemu awarii, katastrof i wzmacniania budowli", "Inżynieria i Budownictwo" 4/1969, s. 150-152.

5. B. Lewicki, "Rysy w ścianach i stropach budynków wielkopłytowych", prace ITB 2-3/2000, s. 5-24.

6. R. Ciesielski, "O pomiarze, opisie i interpretacji rys w konstrukcjach murowych - wskazówki instrukcyjne", "Przegląd Budowlany" 11/1987, s. 481-485.

7. L. Małyszko, R. Orłowicz, "Konstrukcje murowe. Zarysowania i naprawy", Wydawnictwo Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego, Olsztyn 2000.

8. R. Orłowicz, L. Małyszko, J. Kindracki, "Morfologia uszkodzeń ścian i elementów wykończenia w konstrukcjach murowych", XIV Ogólnopolska Konferencja Warsztat Pracy Projektanta Konstrukcji, tom 1, część 2, Ustroń 1999, s. 167-192.

9. L. Rudziński, "Konstrukcje murowe. Remonty i wzmocnienia", Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce 2006.

10. P. Schubert, "Mauerwerk. Risse vermeiden und instandsetzen", Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart 2004.

11. P. Schubert, "Vermeiden von schädlichen Rissen in Mauerwerkbauteilen", Mauerwerk-Kalender, Ernst & Sohn 21/1996, s. 621-651.

12. Drobiec Ł.: "Przyczyny uszkodzeń murów", XXII Ogólnopolska Konferencja Warsztat Pracy Projektanta Konstrukcji, Szczyrk, 7-10 marca 2007, tom 1, s. 105-147.

13. PN-EN 1996-1-1+A1:2013-05 Eurokod 6. Część 1-1 "Reguły ogólne dla zbrojonych i niezbrojonych konstrukcji murowych".

14. Drobiec Ł., Jasiński R., Piekarczyk A., "Konstrukcje murowe według Eurokodu 6 i norm związanych", tom 1-3, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2013, 2014, 2017.

15. PN-B-03002:2007, "Konstrukcje murowe. Projektowanie i obliczanie".

16. Ł. Drobiec, R. Jasiński, A. Piekarczyk, "Murowane zbrojone ściany osłonowe. Materiały Budowlane" 4/2003, s. 2-8.

17. P. Schubert, "Beitragsserie: Schadenfreies bauen mit Mauerwerk. Thema 2: Innen/Aubenwende - Risse durch zu grobe Verformungsunterschiede in vertikaler Richtung", Das Mauerwerk 4/2001, s. 142-144.

18. J. Kubica, Ł. Drobiec, "Zasady obliczania wzmocnień konstrukcji murowych", XIV Ogólnopolska Konferencja Warsztat Pracy Projektanta Konstrukcji, Ustroń 1999, tom 1, część 2, s. 73-116.

19. J. Kubica, Ł. Drobiec, "Murowane ściany usztywniające z uwagi na poziome obciążenie wiatrem - obliczanie w świetle nowelizacji PN-B-03002:1999", "Materiały Budowlane" 5/2006, s. 49-53.

20. PN-EN 845-3:2003, "Specyfikacja techniczna wyrobów dodatkowych do wznoszenia murów Część 3: Stalowe zbrojenie do spoin wspornych".

21. DIN 1053-100:2006-08, "Mauerwerk. Teil 100. Berechnung auf der Grundlage des semiprobablilistischen sicherheitskonzepts".

22. DIN 1053-1:1996, "Mauerwerk. Teil 1: Berechnung und Ausführung".

23. Ł. Drobiec, J. Kubica, "Zapobieganie zarysowaniem ścian murowych opartych na stropach żelbetowych", "Materiały Budowlane" 4/2006, s. 21-23, 72.

24. PN-B-03264:2002, "Konstrukcje betonowe, żelbetowe i sprężone. Obliczenia statyczne i projektowanie".

25. PN-EN 1992-1-1:2008/NA:2016-11: Eurokod 2, "Projektowanie konstrukcji z betonu. Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków".

26. PN-EN 13747:2006, "Prefabrykaty z betonu. Płyty stropowe do zespolonych systemów stropowych".

27. ACI 318-02, "Building Code Requirements for Structural Concrete".

28. ACI 530-05/ASCE 5-05/TMS 402-05, "Building Code Requirements for Masonry Structures".

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!