Czy można przezbroić strop żelbetowy?
Za przeniesienie naprężeń rozciągających w monolitycznym stropie żelbetowym odpowiada stalowe zbrojenie. Zarówno grubość stropu, jak i średnice oraz rozstaw rozmieszczonych w nim prętów zbrojeniowych zależą od rozpiętości, obciążenia i sposobu jego podparcia.
Wszystkie te parametry (Fot. 1) określa konstruktor na podstawie obliczeń statycznych i norm dotyczących konstrukcji żelbetowych. On też odpowiada za to, żeby strop żelbetowy był nie tylko odpowiednio mocny, ale i sztywny.
Fot. 1 – Określenie grubości monolitycznego stropu płytowego oraz jego zbrojenia to zadanie jedynie dla konstruktora – dotyczy to także średnicy, rozstawu, kształtu i rozmieszczenia prętów zbrojeniowych
Niestety zdarza się czasem, że stropy żelbetowe – zwłaszcza te niezbyt duże i o prostokątnej powierzchni – wykonywane są bez projektu, a ich grubość i zbrojenie określa ktoś, kto wprawdzie nie zna się na projektowaniu i wymiarowaniu konstrukcji żelbetowych, ale ma za to pewne doświadczenie w stawianiu sąsiadom domów sposobem gospodarczym.
Nie jest to dobra praktyka, ponieważ taki strop wykonany bez projektu, pod kierunkiem domorosłego budowniczego, może być zbyt słaby, co grozi jego pękaniem, a nawet awarią. Może się on też nadmiernie uginać, czego konsekwencją jest rysowanie się wymurowanych na takim stropie ścian działowych.
Bywa też czasem (choć jest to sytuacja rzadsza), że taki „amatorsko” zaprojektowany i wykonany strop jest zbyt solidny, co oczywiście pod względem bezpieczeństwa jest dla mieszkańców dużo lepszym wariantem od poprzedniego. Nie da się jednak ukryć, że jego wykonanie kosztowało więcej niż powinno, niepotrzebnie obciążając portfel inwestora.
GRUBSZY STROP
Nie jest to duży dodatkowy wydatek, jeśli zbytnia solidność wykonanego stropu wynika z jego za dużej grubości. Beton nie jest drogi, więc jego dodatkowa, nawet kilkucentymetrowa warstwa – również przy dużej powierzchni wykonywanego stropu – nie kosztuje wiele. Nie jest więc błędem, jeśli na budowie zostanie zwiększona „samowolnie” – w stosunku do projektu konstrukcyjnego – grubość płytowego stropu monolitycznego na przykład z 16 do 18 cm (Fot. 2). Jeśli pozostawiono bez zmian projektowane zbrojenie, to wprawdzie niewiele wzrośnie jego nośność, ale za to będzie miał on wyraźnie większą sztywność, co jest szczególnie korzystne dla wymurowanych na nim ścian działowych.
Fot. 2 – Nie jest błędem, jeśli podczas wykonywania stropu zwiększy się jego grubość o 1 czy 2 cm w stosunku do projektu konstrukcyjnego – nie jest to duży dodatkowy wydatek, natomiast korzyść z tego może być spora
Ważne jedynie, by beton, z którego zrobiono ten strop, był przygotowany z pewnego cementu, wyprodukowanego w cementowni. Wykonanie grubszego stropu z mieszanki betonowej, do której zrobienia użyto – zamiast prawdziwego cementu – mieszanki cementowo-popiołowej, wcale nie oznacza, że poprawimy przez to jego nośność i sztywność.
WIĘKSZE ZBROJENIE
Podobnie jest, gdy do zrobienia stropu dano więcej zbrojenia niż potrzeba, zachowując jego projektowaną grubość. Nie stanie się bowiem nic złego, jeśli w stropie zastosowano pręty o większej średnicy niż w projekcie – na przykład zamiast 8-milimetrowych użyto prętów o średnicy 10 mm. Dotyczy to także sytuacji, gdy pręty ułożono gęściej niż w projekcie – na przykład co 10 cm zamiast 12 cm. (Jednak z zagęszczeniem prętów nie należy przesadzać, ponieważ w konstrukcjach żelbetowych każdy z nich musi mieć odpowiednio grubą otulinę betonową.)
W każdej z tych sytuacji zwiększy się nośność stropu, a co za tym idzie także współczynnik jego bezpieczeństwa. Oczywiście stanie się tak za cenę dodatkowej ilości stali, która niestety nie jest tania. Nie będzie to jednak miało istotnego wpływu na sztywność takiego stropu, ponieważ o niej decyduje przede wszystkim grubość płyty betonowej, a nie ilość zbrojenia – zarówno w strefie rozciąganej, jak i ściskanej.
Jeśli jednak nawet istotnie – przy zachowaniu grubości stropu – zwiększymy ilość zbrojenia w stosunku do projektu konstrukcyjnego, to nie będziemy mówić o jego przezbrojeniu. Nie oznacza to jednak, że zginane elementy żelbetowe w ogóle nie mogą być przezbrojone.
MINIMALNE I MAKSYMALNE ZBROJENIE STROPU MONOLITYCZNEGO
Wykonany z betonu element zginany – na przykład strop międzykondygnacyjny – dopiero wtedy jest żelbetowy, gdy w jego strefie rozciąganej zbrojenie ma przekrój większy od minimalnego (zobacz: Jaki co najmniej przekrój poprzeczny musi mieć zbrojenie belki żelbetowej?). Od tego momentu o nośności takiego stropu decyduje stal, przenosząca naprężenia rozciągające. Jeśli zostanie on przeciążony, to zniszczy się, gdy naprężenia w prętach zbrojeniowych osiągną wytrzymałość stali (dokładniej: granicę jej plastyczności).
Beton w takich elementach jedynie równoważy siły rozciągające, przenoszone przez pręty stalowe, odpowiedniej wielkości strefą ściskaną. Strefa ta jest tym większa, im więcej jest prętów zbrojeniowych w strefie rozciąganej. Jest tak jednak do pewnego momentu, ponieważ ściskana strefa w betonie ma swój maksymalny zasięg. Jeśli więc zbrojenia będzie zbyt dużo w stosunku do grubości betonowego przekroju stropu (zostanie on przezbrojony, czyli przekrój zbrojenia będzie w nim większy od maksymalnego), to o jego zniszczeniu będzie decydował beton, który w tej strefie zacznie się miażdżyć. Jest to o tyle niebezpieczne, że o ile przeciążony element żelbetowy, który zniszczy się ze względu na stal, robi to powoli i sygnalizuje wcześniej powiększającymi się rysami, o tyle element przezbrojony niszczy się w sposób nagły i niesygnalizowany.
Oczywiście nie oznacza to, że użytkownicy przezbrojonych stropów mogą zostać zaskoczeni ich awarią. Takie stropy ze zbrojeniem większym od maksymalnego są po prostu mało sztywne, więc nie tylko bardzo uginają się pod obciążeniem, ale też łatwo wpadają w wibrację (zarówno ich nadmierne ugięcia, jak i skłonność do wpadania w drgania będą wyraźnie wyczuwalne już podczas chodzenia po nich). Takich stropów nie da się oczywiście użytkować i trzeba wykonać ich wzmocnienie (często kosztowne), ale raczej nie zaskoczą użytkowników awarią.
Jak z tego widać, z wielu więc względów nie powinno się zbroić zginanych elementów żelbetowych w stopniu większym od maksymalnego, a jedynie w takim, który można by nazwać ekonomicznym lub bezpiecznym (choć nie są to terminy naukowe).
Fot. 3 – Do betonowania stropu powinno się używać tylko mieszanek przygotowanych z pewnego cementu – tak jest, jeśli beton towarowy dostarczany jest na budowę przez szanującą się (i sprawdzoną) wytwórnię
RADA
Projektowanie monolitycznych stropów żelbetowych należy pozostawić konstruktorowi – nawet wtedy, gdy dotyczy to stosunkowo małego budynku, jakim jest dom jednorodzinny. Inwestor – sam lub przez swojego inspektora nadzoru – powinien jedynie skontrolować przed betonowaniem stropu w swoim domu, czy jego grubość oraz zbrojenie są zgodne z projektem konstrukcyjnym.
Przede wszystkim jednak powinien dopilnować, by mieszanka betonowa została przygotowana z pewnego cementu, pochodzącego z cementowni (Fot. 3). To może mieć bowiem decydujący wpływ nie tylko na nośność wykonanego stropu, ale także na jego trwałość. Trzeba przy tym mieć świadomość, że naprawa i wzmacnianie stropu wykonanego z betonu, do którego wytworzenia użyto mieszanek cementowo-popiołowych z różnego rodzaju mieszalni, może być nie tylko kosztowne, ale i trudne technicznie.
ZOBACZ TAKŻE:
Do czego w konstrukcjach żelbetowych stal jest potrzebna betonowi, a beton – stali?
Jaki co najmniej przekrój poprzeczny musi mieć zbrojenie belki żelbetowej?
Dlaczego na budowie domu warto używać tylko prawdziwego cementu?
Co zrobić, żeby przygotowany na budowie beton był mocny i trwały?