JAKI CO NAJMNIEJ PRZEKRÓJ POPRZECZNY MUSI MIEĆ ZBROJENIE BELKI ŻELBETOWEJ?

W zginanych elementach żelbetowych, takich jak belki i płyty, beton przenosi naprężenia ściskające, a stal – rozciągające. To dzięki zgodnej współpracy tych dwóch materiałów, elementy żelbetowe mają nie tylko dużą nośność, sztywność i trwałość, ale także odporność na wysoką temperaturę, co nie tylko w domach jednorodzinnych ma dla bezpieczeństwa użytkowników bardzo duże znaczenie.

Żelbet, bez którego trudno sobie wyobrazić budowę domu w technologii murowanej, jest klasycznym kompozytem, czyli tworzywem powstałym z dwóch materiałów o różnych właściwościach. Beton w tym połączeniu, nie tylko przenosi naprężenia ściskające, ale również umożliwia praktycznie dowolne kształtowanie elementów żelbetowych oraz zapewnia im odpowiednią sztywność. Stal w tym związku odpowiada za przejmowanie naprężeń rozciągających, a czasem ma również swój udział w przenoszeniu naprężeń ściskających – dotyczy to przede wszystkim żelbetowych słupów i ścian.
W żelbecie stal dba też o to, by beton nie rysował się w sposób widoczny dla użytkowników obiektów budowlanych, natomiast ten rewanżuje się stali ochroną przed korozją i pożarem.

Uwaga! Oczywiście wszystko to dotyczy tylko tych betonów, które zostały przygotowane z pewnego cementu, wyprodukowanego w cementowni. Te, które przygotowano przy użyciu mieszanek cementowo-popiołowych z różnego rodzaju mieszalni, mogą mieć te właściwości w ograniczonym stopniu albo nie mieć wcale ich.

BELKI I PŁYTY BETONOWE

Beton ma małą wytrzymałość na rozciąganie – dla wyższych klas jest ona ponad dziesięć razy mniejsza niż na ściskanie. Z tego powodu z samego betonu nie wykonuje się elementów konstrukcyjnych, w których występują naprężenia rozciągające, a więc na przykład belek lub płyt stropowych.
Taka betonowa belka o małej rozpiętości i stosunkowo dużym przekroju (Rys. 1) może wprawdzie w niewielkim stopniu obciążona, jednak w momencie, w którym wyczerpie się jej zdolność do przenoszenia naprężeń rozciągających, ulegnie ona gwałtownemu zniszczeniu.
To, że taka belka niszczy się w sposób nagły, nie sygnalizując wcześniej awarii ani pojawieniem się rys, ani widocznym ugięciem, ma oczywiście dla praktyki budowlanej ogromne znaczenie. Dlatego nawet wtedy, gdy belka betonowa mogłaby poradzić sobie z obciążeniem, wykonuje się zamiast niej żelbetową (Fot. 1).

Rys. 1 – Belka betonowa ma nie tylko mniejszą nośność niż taka sama żelbetowa, ale też – w przeciwieństwie do tej drugiej – niszczy się w sposób nagły i niczym wcześniej nie sygnalizowany
Fot. 1 – Również wtedy, gdy nadproże nad otworem w ścianie jest na tyle duże, że nawet jako betonowe mogłoby przenieść obciążenie, to wykonuje się je jako żelbetowe, dodając dołem kilka prętów

W belce żelbetowej to właśnie pręty zbrojeniowe, nawet gdy mają niewielką średnicę i jest ich mało, odpowiadają za jej nośność. Jednocześnie dzięki ich obecności, belka ta – w razie przeciążenia – ostrzeże o możliwości zniszczenia wyraźnymi i powiększającymi się powoli rysami, a gdy będzie silniej zbrojona – także znacznymi ugięciami. W dodatku zrobi to ze znacznym wyprzedzeniem, będzie więc czas na odpowiednią reakcję użytkowników obiektu, polegającą na przykład na awaryjnym podstemplowaniu takiej belki.
Warto przy tym wiedzieć, że w belce żelbetowej stal przejmuje naprężenia dopiero wtedy, gdy zarysuje się beton w strefie rozciąganej. Dlatego w belkach czy płytach żelbetowych obecność rys w ich strefie rozciąganej jest czymś naturalnym. Oczywiście zadaniem konstruktora jest takie zaprojektowanie elementów zginanych, by rysy te były małe i niewidoczne dla użytkowników.

MINIMALNY STOPIEŃ ZBROJENIA BELEK I PŁYT

Z przedstawionego opisu zachowania belki betonowej i żelbetowej można łatwo wywnioskować, ile co najmniej musi być w tej drugiej zbrojenia, by to stal przejęła odpowiedzialność za jej nośność.
W pewnym uproszczeniu można przyjąć, że w belce żelbetowej to od wielkości przekroju poprzecznego prętów zbrojeniowych zależy moment zginający, który może ona przenieść. W takim razie zbrojenia w belce żelbetowej powinno być minimum tyle, żeby obciążenie, które może ona przenieść, było co najmniej takie, jakie udźwignie belka betonowa (bez zbrojenia) o takiej samej rozpiętości i przekroju poprzecznym.
Jeśli zbrojenia będzie mniej, to takiej belki nie możemy traktować jako żelbetowej, bo to beton będzie decydował o jej nośności, a nie stal.

Uwaga! Minimalny stopień zbrojenia żelbetowych elementów zginanych rośnie wraz z klasą betonu. Im jest ona wyższa, tym większa jest bowiem wytrzymałość betonu na rozciąganie, a więc i zdolność wykonanych z niego zginanych elementów betonowych (niezbrojonych) do przenoszenia obciążeń.
Ta zależność ma oczywiście miejsce jedynie w tych betonach, które zostały przygotowane z pewnego cementu, wyprodukowanego w cementowni. Nie da się jej bowiem określić dla betonów, które powstały z różnego rodzaju mieszanek cementowo-popiołowych, gdyż ich parametry techniczne są wielką niewiadomą.

ELEMENTY Z BETONU ZE ZBROJENIEM MNIEJSZYM OD MINIMALNEGO

Uwzględnianie stopnia minimalnego zbrojenia podczas projektowania żelbetowych belek i płyt jest oczywiście obowiązkiem i odpowiedzialnością konstruktora. Tutaj chcielibyśmy pokazać, że zbrojenie elementów betonowych w stopniu mniejszym niż minimalny nie musi być błędem i może mieć swoje praktyczne znaczenie.
By się o tym przekonać, przyjrzyjmy się dwóm płytom fundamentowym. Pierwsza z nich (Fot. 2) jest „prawdziwą” płytą żelbetową, ze zbrojeniem rozmieszczonym górą i dołem w dwóch kierunkach. Zbrojenie to (średnice prętów i ich rozstaw) zostało zaprojektowane odpowiednio do naprężeń, które może wywołać w płycie fundamentowej wybudowany na niej dom.

Fot. 2 – Żelbetowa płyta fundamentowa ma w obu kierunkach dolne i górne zbrojenie dobrane odpowiednio do naprężeń, które mogą być wywołane ciężarem wybudowanego na niej domu
Fot. 3 – Ten fundament też będzie wyglądał jak płyta fundamentowa, ale w rzeczywistości będą to zbrojone podłużnie ławy z betonem, który wypełni przestrzenie między nimi

Druga płyta (Fot. 3) jest fundamentową jedynie z wyglądu. W rzeczywistości są to ławy fundamentowe, tyle że wewnętrzne przestrzenie między nimi zostaną – na prośbę właściciela, który obawiał się okresowego podtapiania działki – wypełnione betonem. W tych płytach, wypełniających polach między ławami fundamentowymi, też zastosowano zbrojenie (na zdjęciu jest ono ułożone na razie tylko dołem i w jednym kierunku). Zastosowane pręty mają małą średnicę i są stosunkowo rzadko rozstawione – z pewnością więc będzie ich zbyt mało, by można było cały fundament tego domu traktować jako jednolitą płytę żelbetową.
Czy jednak z faktu, że z konstrukcyjnego punktu widzenia płyty między ławami będą tylko betonowe, można wnioskować, że niepotrzebnie ułożono w nich górą i dołem pręty zbrojeniowe? Na pewno nie. Dzięki tym prętom płyty te zostały bowiem nie tylko konstrukcyjnie połączone z ławami. Obecność takiego, nawet niewielkiego zbrojenia uchroni też cały fundament przed pojawień rys skurczowych, które mogą powstać podczas twardnienia betonu. A brak rys w fundamencie, to było właśnie to, na czym zależało właścicielowi domu, gdy zorientował się, że po deszczach bardzo podnosi się poziom wód gruntowych na działce.
Jak z tego widać zbrojenie elementów z betonu w stopniu mniejszym niż wymagany dla żelbetu może mieć w niektórych sytuacjach pozytywne skutki.

ZOBACZ TAKŻE:

Do czego w konstrukcjach żelbetowych stal jest potrzebna betonowi, a beton – stali?

Dlaczego na budowie domu warto używać tylko prawdziwego cementu?

Co zrobić, żeby przygotowany na budowie beton był mocny i trwały?

Dlaczego bardziej opłaca się zrobić grubszy strop żelbetowy zamiast silnie go zbroić?

 

Materiał promocyjny: Stowarzyszenie Producentów Cementu; www.polskicement.pl; www.pewnycement.pl

Zobacz także

Można się oczywiście zastanawiać, czy w domu jednorodzinnym w ogóle potrzebne są balkony, skoro dookoła niego jest ogród. Jeśli jednak już muszą być, zastanawiające jest, że projektanci robią balkony płytowe o konstrukcji wspornikowej, która jest jedną z najbardziej zawodnych. W budownictwie wspornikiem nazywany jest element, który ma jeden koniec swobodny, a drugi zamocowany. Od jakości tego zamocowania zależy w dużej mierze to, czy taka konstrukcja – […]

.

Firma VELUX wprowadza do swojej oferty innowacyjne rozwiązanie, które zapewni jeszcze więcej przestrzeni, światła i świeżego powietrza na poddaszu. Lukarna VELUX to pierwsza na polskim rynku taka alternatywa dla tradycyjnej lukarny dachowej. W przeciwieństwie do standardowej lukarny, instalacja rozwiązania VELUX nie wiąże się z budową skomplikowanej konstrukcji na dachu. Okna dachowe montowane są w formie lukarny, dzięki wykorzystaniu gotowego zestawu wysokiej jakości elementów instalacyjnych, idealnie […]

.

Podczas wykańczania wnętrz tynkiem gipsowym należy zwracać uwagę, by nie miał on bezpośredniego kontaktu z niezabezpieczoną antykorozyjnie stalą, gdyż przyczynia się on do jej szybkiej korozji. To dlatego na przykład wypukłe krawędzie ścian lepiej wzmacniać kątownikami aluminiowymi niż stalowymi, nawet jeśli te ostatnie wykonane są z blachy ocynkowanej. Dobrze wykonane tynki gipsowe, ułożone na ścianach i sufitach (Fot. 1), a także słupach i belkach (Fot. 2) powinny być […]

.

Jednowarstwowe ściany domów, które zostały wybudowane kilkanaście lat temu z bloczków betonu komórkowego, mają współczynnik przenikania ciepła U nieco mniejszy niż 0,3 W/(m²K). Ich izolacyjność termiczna jest oczywiście mniejsza niż wymagają tego od ścian zewnętrznych obecnie obowiązujące przepisy, ale trudno je uznać za „zimne”. Gdy po ponad piętnastu latach właściciele jednego z takich domów (Fot. 1 i 2) zauważyli kilka drobnych rys na jego elewacji, […]

.