Do czego potrzebne są strzemiona w słupach żelbetowych?
Strzemiona, czyli ramki wykonane najczęściej z gładkich prętów stalowych o średnicy 6 mm, pełnią w żelbetowych belkach i słupach rolę montażową, gdyż bez nich nie dałoby się zabetonować prętów zbrojeniowych w miejscach przewidzianych w projekcie konstrukcyjnym. Nie zmienia to faktu, że strzemiona mają też istotny wpływ na nośność i sztywność żelbetowych belek i słupów.
O ile jednak wpływ strzemion na nośność belek żelbetowych wydaje się intuicyjnie wyczuwalny, o tyle w słupach nie jest to już takie oczywiste. Belki żelbetowe pod wpływem obciążenia zewnętrznego i ciężaru własnego są zginane, a zatem występują w nich zarówno strefy ściskane, jak i rozciągane. Dzięki strzemionom nie dochodzi do rozwarstwienia belek wzdłuż osi obojętnej, a także – jeśli tylko strzemiona przy podporach są odpowiednio zagęszczone – do utraty ich nośności w przekrojach ukośnych (zobacz: Do czego potrzebne są strzemiona w belkach żelbetowych?).
W słupach żelbetowych (Fot. 1) rola strzemion nie jest już tak czytelna. Szczególnie dotyczy to słupów, które są osiowo ściskane. Jeśli bowiem są one nie tylko ściskane, ale także zginane, czyli ściskane mimośrodowo, to pod względem konstrukcyjnym stają się podobne do belek żelbetowych. Oznacza to, że także umieszczone w nich strzemiona mają do spełnienia podobne funkcje jak w belkach.
STRZEMIONA W SŁUPACH OSIOWO ŚCISKANYCH
Inaczej jest w słupach osiowo ściskanych (Fot. 2), w których – raczej teoretycznie niż praktycznie – cały przekrój jest jednakowo ściskany. Ponieważ beton ma dużą wytrzymałość na ściskanie, więc można by się zastanawiać, czy w ogóle warto je zbroić prętami podłużnymi. Byłyby one bowiem ściskane, a w konstrukcjach żelbetowych zbrojenie umieszcza się przede wszystkim w strefach rozciąganych, ze względu na niewielką wytrzymałość betonu na rozciąganie.
Tymczasem umieszczanie prętów stalowych także w narożach słupów osiowo ściskanych, a czasem również przy ich bocznych powierzchniach, jest ze wszech miar pożyteczne. Nie tylko bowiem zwiększają one nośność takich słupów, ale także chronią je przed zniszczeniem przez ścinanie w przekrojach ukośnych.
Trzeba jedynie pamiętać, że wiotkie pręty stalowe w pełni wykorzystują swoją wytrzymałość, gdy są rozciągane. Gdy są ściskane, to w całości wykorzystują ją jedynie wtedy, gdy są krótkie (Rys. 1A). Przy większych długościach do zniszczenia takich prętów potrzeba jedynie niewielkiej siły, ponieważ szybko ulegają wyboczeniu (Rys. 1B).
Na przykładzie słupa osiowo ściskanego o przekroju prostokątnym przyjrzyjmy się, jakie praktyczne konsekwencje dla jego nośności może mieć zjawisko wyboczenia stalowych prętów ściskanych.
Gdyby w takim słupie w ogóle nie dawać prętów (Rys. 2A), to miałby nośność równą iloczynowi jego przekroju poprzecznego i wytrzymałości betonu na ściskanie. Gdyby w narożnikach takiego słupa umieścić cztery pręty (nie wnikając, w jaki sposób dałoby się to zrobić), to już przy małym jego obciążeniu wyboczyłyby się one, odrywając na całej długości cztery betonowe otuliny (Rys. 2B). Taki słup – z powodu mniejszego przekroju poprzecznego – miałby więc mniejszą nośność niż ten bez zbrojenia.
Sytuacja zmienia się radykalnie, jeśli pręty zbrojeniowe zostaną otoczone strzemionami (Rys. 2C), rozmieszczonymi w takich odległościach, że ich krótkie odcinki pod wpływem obciążeń nie wyboczą się zanim słup nie ulegnie zniszczeniu. Nośność tak, czyli zgodnie z normą żelbetową, zbrojonego słupa (C) będzie oczywiście większa niż niezbrojonego (A), ponieważ współodkształcające się z betonem pręty przenoszą większe niż on naprężenia.
Zasada odpowiedniego rozstawu strzemion odnosi się oczywiście nie tylko do słupów osiowo, ale i mimośrodowo ściskanych. W nich przecież przynajmniej część prętów zbrojeniowych jest ściskana. Dotyczy to na przykład słupków żelbetowych, bez których ściana kolankowa, na której przez murłatę opiera się krokwie dachowe, po prostu by się wywróciła (Fot. 3 i 4).
SŁUPY TYLKO Z PEWNEGO CEMENTU
Poprawne rozmieszczenie strzemion w słupach nie gwarantuje oczywiście, że będą one miały projektowaną nośność. Konieczne jest również właściwe dobranie i rozmieszczenie prętów zbrojeniowych, a przede wszystkim wykonanie słupów z mieszanki betonowej, przygotowanej wyłącznie z pewnego cementu, wyprodukowanego w cementowni.
Dlatego nie tylko słupy czy belki, ale po prostu wszystkie konstrukcje żelbetowe i betonowe – zarówno małe, jak i duże – powinny być zawsze wykonane z pewnego cementu, pochodzącego z cementowni. Użycie do przygotowywania betonu różnego rodzaju mieszanek cementowo-popiołowych, niespełniających wymagań normy cementowej, jest bardzo ryzykowne. Może bowiem obniżać jego wytrzymałość i trwałość oraz przyczepność do stali, a także powodować korozję jego samego oraz zatopionego w nim zbrojenia, co dotyczy oczywiście także strzemion.
WIĘCEJ NA TEN TEMAT:
Dlaczego na budowie domu warto używać tylko prawdziwego cementu?
Do czego w konstrukcjach żelbetowych stal jest potrzebna betonowi, a beton – stali?
Do czego potrzebne są strzemiona w belkach żelbetowych?
Jak zapewnić właściwą otulinę prętom zbrojeniowym?
Czy beton też może korodować, podobnie jak stal?
Dlaczego mieszankę betonową po ułożeniu w formie trzeba starannie zagęścić?
Dlaczego w elementach betonowych nie powinno być „raków”?
Dlaczego w elementach żelbetowych pręty zbrojeniowe muszą być właściwie zakotwione w betonie?