JAKI CO NAJMNIEJ PRZEKRÓJ POPRZECZNY MUSI MIEĆ ZBROJENIE BELKI ŻELBETOWEJ?
20 października 2020

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.

Materiał promocyjny Stowarzyszenie Producentów Cementu

www.polskicement.pl; www.pewnycement.pl

 

 

 


Zobacz filmy

DOBRY BETON DO BUDOWY DOMU

Zobacz także
Tynkowanie ścian jest zadaniem, do którego trzeba się solidnie przygotować. Jednak każdy może to zrobić po...
Fot. Vaillant
Dzięki szybkiemu rozwojowi fotowoltaiki coraz więcej prądu elektrycznego jest wytwarzane z energii słonecznej,...
Fot. SOKÓŁKA OKNA I DRZWI
Dużych okien, pełniących jednocześnie funkcję drzwi tarasowych lub balkonowych, już choćby ze względu na...
Fot. VELUX
Nowe trzyszybowe okna dachowe VELUX gwarantują domownikom jeszcze wyższe niż dotychczas parametry energooszczędności,...