Zasady stosowania konstrukcyjnego zbrojenia w murach

2007-06-26

Wpływ zbrojenia na rysoodporność muru jest niedoceniany. W artykule opisano miejsca zagrożone wystąpieniem zarysowań oraz sposoby zabezpieczenia muru przed rysami poprzez odpowiednie zastosowanie zbrojenia.


Wpływ zbrojenia na rysoodporność muru jest niedoceniany. W artykule opisano miejsca zagrożone wystąpieniem zarysowań oraz sposoby zabezpieczenia muru przed rysami poprzez odpowiednie zastosowanie zbrojenia.

Przez stulecia konstrukcje murowe wykonywane były wyłącznie jako niezbrojone. Do końca XIX w. mury wykonywano ze słabych cegieł na zaprawach wapiennych, a konstrukcje ukształtowane były w ten sposób, że w całym przekroju nie występowały naprężenia rozciągające. Wiek XX przyniósł natomiast rewolucję w zakresie materiałów i technologii wznoszenia ścian murowanych. Dzięki zastosowaniu nowoczesnych elementów murowych i zapraw konstrukcje murowe stały się smukłe, spełniając przy tym wymagania w zakresie fizyki budowli.

W porównaniu do murów zabytkowych współczesne mury z nowoczesnych materiałów cechują się jednak mniejszą odkształcalnością – odkształcenia murów na zaprawie wapiennej są nawet do 5 razy większe [1]. Z tego powodu wykonywane obecnie mury łatwiej ulegają zarysowaniom. We współczesnych murowanych budynkach można wyodrębnić obszary, gdzie zazwyczaj pojawiają się rysy, które w istotny sposób obniżają komfort użytkowania budynków. Występowanie tych uszkodzeń nie jest związane z wyczerpaniem nośności lub utratą stateczności konstrukcji, lecz wynika raczej z właściwości zastosowanego materiału i sposobu kształtowania współczesnych budynków.

Aby poprawić parametry mechaniczne muru, w połowie XX w. zaczęto wprowadzać do powszechnego stosowania zbrojne konstrukcje murowe. Zadaniem zbrojenia we współczesnych murach jest przejęcie naprężeń rozciągających i „rozładowanie” miejsc koncentracji naprężeń oraz „wyrównanie” odkształceń w strefach muru narażonych na zróżnicowane wartości deformacji.

Zbrojenie konstrukcyjne  powinno spełniać wymagania normy PN-EN 845-3:2003 [2] w zakresie kształtu oraz minimalnych średnic prętów. Praca obejmuje tematyką jedynie zbrojenie stosowane konstrukcyjne w budynkach nowo wznoszonych, którego zadaniem jest eliminacja lub ograniczenie zarysowań. Problem wpływu zbrojenia na nośność muru został opisany w [3].

Zbrojenie przy otworach okiennych i drzwiowych 

Miejscami szczególnie narażonymi na występowanie zarysowań są okolice naroży okiennych i drzwiowych. Nawet przy zastosowaniu prefabrykowanych lub monolitycznych żelbetowych nadproży nie można wykluczyć pojawienia się poziomych i ukośnych zarysowań powyżej nadproża (fot. 1a).

Zarysowania występują często również pod otworami okiennymi – tam zazwyczaj obserwuje się rysy pionowe (fot. 1b).





 




Fot. 1a. Zarysowania wokół otworów okiennych – rysy przy żelbetowym nadprożu. Fot. Autora

 

Fot. 1b. Zarysowania wokół otworów okiennych – rysy pod oknem.
Fot. Autora






Przyczyną ukośnych zarysowań przy prefabrykowanych nadprożach są lokalne dociski wynikające najczęściej z różnej odkształcalności prefabrykatu i muru oraz wpływów termicznych.

Pionowe rysy pod oknami wynikają z różnicy odkształceń obciążonego muru przy oknie i nieobciążonego pod otworem okiennym [4, 5]. W starszych budynkach wykonanych w technologii tradycyjnej pod i nad oknami zaobserwować można gzymsy lub masywne murowane parapety. Takie rozwiązanie, poprzez zwiększenie przekroju muru, miało na celu właśnie zabezpieczenie przed powstaniem rys. Obecnie gzymsów już nie stosuje się, a murowane parapety wyparte zostały przez elementy z tworzyw sztucznych.
{mospagebreak}To szczególnie wrażliwe na powstanie uszkodzeń miejsce należy więc zabezpieczyć w inny sposób, np. przez zastosowanie zbrojenia w spoinach wspornych. Zbrojenie powinno być ukształtowane w taki sposób, aby jego ilość malała wraz ze wzrostem odległości od otworu okiennego. Tuż przy narożu otworu należy umieszczać zbrojenie w każdej spoinie wspornej (dwie lub trzy warstwy), a następnie stopniowo redukować zbrojenie.
Przy dużych otworach, o szerokości powyżej 2,5 m, można stosować zróżnicowane długości zbrojenia (rys. 1b), przy mniejszych oknach należy zbroić cały pas podokienny (rys. 1a).







Rys. 1a i 1b. Zasady zbrojenia ścian wokół otworów. Rys. Autora 





Literatura przedmiotu oraz wytyczne wykonawstwa producentów zbrojenia podają różne zalecenia odnośnie do minimalnej długości zbrojenia. Można przyjąć, że zbrojenie powinno sięgać poza narożnik otworu na odległość ≥50-80 cm [4, 6, 7].

Zbrojenie przy zmianie wysokości ściany 

W miejscach zmiany wysokości muru nośnego występują koncentracje naprężeń, których wynikiem często są spękania ścian [5, 6, 8]. Niższy, mniej obciążony fragment ściany cechuje się mniejszymi odkształceniami i wywiera mniejszy nacisk na grunt – osiadania fundamentów w tym obszarze są mniejsze. Ściana dąży do zdylatowania przez zarysowanie w płaszczyźnie zmiany wysokości ściany (fot. 2).





 



Fot. 2. Zastosowanie na styku części wyższej
i części niższej budynku. Fot. Autora

 



W tym wypadku zbrojenie spoin wspornych pozwala na dyslokację naprężeń i zapobiega powstaniu rysy. Zbrojenie konstrukcyjne należy stosować w górnej strefie muru przy zmianie wysokości budynku oraz u dołu ściany przy fundamentach (rys. 2).

Przy rozmieszczaniu zbrojenia obowiązują podobne zasady jak w wypadku zbrojenia wokół otworów okiennych [6, 9].

Zbrojenie długich odcinków ścian

Zarysowania murów często są wywołane przez oddziaływania termiczne i wpływy reologiczne. Na podstawie zapisów norm niemieckiej DIN 1053-100 [10] oraz nowej polskiej normy murowej PN-B-03002:2007 [11] w tablicy 1 zamieszczono porównanie odkształcalności reologicznej i termicznej murów wykonanych z różnych elementów murowych. Widać znaczne różnice, szczególnie pomiędzy murami z elementów betonowych a wykonanymi z silikatów i ceramiki.




 



 

Rys. 2. Rozmieszczenie zbrojenia w płaszczyźnie styku części wyższej i niższej budynku. Rys. Autora




W tablicy 2, za wytycznymi wykonawstwa [12], podano maksymalne odległości między dylatacjami ścian niezbrojonych i zbrojonych. Według zaleceń producenta zbrojenia typu kratowniczka, po zastosowaniu zbrojenia długość muru pomiędzy dylatacjami może się zwiększyć nawet dwukrotnie. Najbardziej wrażliwe na skurcz i odkształcenia termiczne są mury z bloczków z betonu komórkowego.

W tablicy 2 podano, że mur niezbrojony wykonany z tego materiału może mieć długość do 6,0 m. W rzeczywistości, przy niekorzystnym układzie obciążeń pionowych oraz coraz częstszym stosowaniu murów z niewypełnionymi spoinami czołowymi, rysy od skurczu i naprężeń termicznych mogą się pojawić już w ścianach o długości około 5 m [13]. {mospagebreak}Stosowanie murów z niewypełnionymi spoinami pionowymi, mimo że przyspiesza wykonawstwo, to jednak niekorzystnie wpływa na parametry mechaniczne muru [14].




 

 



Fot. 3a. Zarysowania spowodowane odkształceniami termicznymi i skurczowymi – rysa na elewacji. Fot. Autora

 



 



 



Fot. 3b. Zarysowania spowodowane odkształceniami termicznymi i skurczowymi – odkrywka wewnątrz pomieszczenia; rysy wzdłuż niewypełnionych spoin czołowych. Fot. Autora 


 



Zarysowania od skurczu i wpływów termicznych występują zazwyczaj w okolicy naroży ścian. W wypadku murów bez spoin czołowych rysy przebiegają przez niewypełnione spoiny oraz elementy murowe (fot. 3). W celu przeciwdziałania wystąpieniu zarysowań na długich odcinkach ścian należy równomiernie rozmieścić zbrojenie wzdłuż całej ich wysokości. Zbrojenie to powinno być odpowiednio zakotwione w ścianach prostopadłych.

Zbrojenie połączenia ścian działowych ze ścianami nośnymi 

Ściany działowe we wznoszonych obecnie budynkach wykonuje się zazwyczaj na etapie stanu surowego zamkniętego. Nie stosuje się przewiązania elementów murowych ściany nośnej i działowej, a rolę łączników pełnią kotwy z blachy nierdzewnej. Przy takim rozwiązaniu, na skutek różnicy odkształceń obu ścian, często dochodzi do zarysowania na styku ściany działowej i ściany nośnej (fot. 2). Uszkodzeniom tym można zapobiec poprzez odpowiednie zazbrojenie połączenia ścian [4, 6, 12, 15].
W wypadku prefabrykowanego zbrojenia typu kratowniczka, przyjmując jako minimalny procent zbrojenia ρ = 0,1%, uzyskuje się rozstaw zbrojenia równy 225 mm. Zbrojenie powinno sięgać w głąb ścianek działowych na odległość min. 50 cm (rys. 3).


Zbrojenie ścian działowych 

Ściany działowe narażone są na zarysowania spowodowane ugięciem stropów, na których się opierają. Już przy ugięciu rzędu kilku milimetrów spowodowanym obciążeniem użytkowym oraz częścią obciążeń stałych (oddziaływujących na strop po wykonaniu ścian działowych) należy spodziewać się powstania zarysowań.

Przyczyną zarysowań jest przekroczenie granicznej deformacji postaciowej ściany, która jest charakteryzowana przez kąt odkształcenia postaciowego [3, 16]. Obraz zarysowań zależy przede wszystkim od proporcji geometrycznych ściany, stopnia perforacji otworami oraz od stosunku sztywności ściany do sztywności stropów.

Rysy mogą mieć ukośny, pionowy bądź poziomy przebieg (fot. 5). Układ zarysowań występujący w ścianach działowych, w zależności od ich geometrii, omówiono w pracach [3, 4, 8, 16]. 

W ścianach działowych w celu wyeliminowania lub ograniczenia zarysowań należy zastosować zbrojenie konstrukcyjne w dolnej strefie muru (rys. 4). Zbrojenie takie przyjmuje się zazwyczaj konstrukcyjnie i umieszcza w dolnych spoinach wspornych na wysokości równej minimum połowy rozpiętości efektywnej ściany 0,5 leff lub połowy wysokości użytecznej przekroju 0,5 d – decyduje wartość mniejsza [11].




 
 



 

Fot. 4. Rysa na styku ściany nośnej i działowej. Fot. Autora





Jeżeli zachodzi taka potrzeba, ilość zbrojenia wyznacza się, przyjmując założenie, że całkowite naprężenie rozciągające powinno być przejęte przez stal zbrojeniową oraz zakładając prostokątny wykres naprężeń w strefie ściskanej muru. Ściany oblicza się zazwyczaj jako wolno podparte belki wysokie. Odpowiednie wzory zamieszczono w PN-B-03002:2007 [11].

Podsumowanie 

Współczesne konstrukcje murowe cechują się dużą wrażliwością na zarysowanie. Powstanie nawet drobnych rys ujemnie wpływa na komfort użytkowania obiektów. Zabezpieczeniem przed powstaniem zarysowań może być zbrojenie stosowane w spoinach wspornych muru. Niestety, normy projektowania nie podają szczegółowych zaleceń odnośnie do kształtowania zbrojenia konstrukcyjnego. Jest to często przyczyną zaniechania stosowania zbrojenia w murach. Brak praktyki projektowej i wykonawczej powoduje powszechne niedocenianie wpływu, jakie zbrojenie może mieć na rysoodporność muru.

{mospagebreak}Przedstawione zasady stosowania zbrojenia konstrukcyjnego pozwolą na projektowanie i wykonywanie murów z ograniczeniem ryzyka wystąpienia uszkodzeń.








Rys. 3. Zbrojenie przy połączeniu ściany działowej z nośnymi. Rys. Autora



 






Rys. 4. Sposób zbrojenia ścian działowych opartych na ugiętych stropach. Rys. Autora












Fot. 5. Przykład zarysowania ścianek działowych spowodowanego ugięciem stropu. Fot. Autora






dr inż. Łukasz Drobiec
Politechnika Śląska
Katedra Konstrukcji Budowlanych

Literatura

[1] J. Tajchman, T. Najder, Cement, beton i żelbet w zabytkach architektury – wady i zalety. XXI Ogólnopolska Konferencja Warsztat Pracy Projektanta Konstrukcji. Szczyrk 2006 r., s. 145-213.
[2] PN-EN 845-3:2003: Specyfikacja techniczna wyrobów dodatkowych do wznoszenia murów – Część 3: Stalowe zbrojenie do spoin wspornych.
[3] Ł. Drobiec, Mury z poziomym zbrojeniem układanym w spoinach wspornych. „Materiały Budowlane” nr 2/2006, s. 29-32.
[4] P. Schubert, Mauerwerk. Risse vermeiden und instandsetzen. Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart 2004. [5] Ł. Drobiec, Przyczyny uszkodzeń murów. XXII Ogólnopolska Konferencja Warsztat Pracy Projektanta Konstrukcji. Szczyrk 2007 r., t. I, s. 105-147.
[6] P. Timperman, T. Rice, Bed joint reinforcement in masonry. Proceedings of the Fourth International Masonry Conference. British Masonry Society. London 1995, vol. 2, s. 451-453.
[7] T. Murauer, Edelstahl im zweischaligen Mauerwerk – Sicherheit im Hintergrund. „Mauerwerk”, nr 6/2006, s. 230-234.
[8] L. Małyszko, R. Orłowicz, Konstrukcje murowe. Zarysowania i naprawy. Wydawnictwo Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego, Olsztyn 2000.
[9] P. Schieβl, S. Schmidt, Bewehrtes Mauerwerk: Eine Bauart steht zur Diskussion. „Beratende Ingenieure“ nr 7/8/1989, s. 28–31.
[10] DIN 1053-100:2006-08: Mauerwerk. Teil 100. Berechnung auf der Grundlage des semiprobablilistischen sicherheitskonzepts.
[11] PN-B-03002:2007: Konstrukcje murowe. Projektowanie i obliczanie.
[12]  Murfor. Zbrojenie murów. N.V. Bekaert S.A. 1997.
[13]  W. Brameshuber, P. Schubert, U. Schmidt, J. Hannawald, Riβfreie Wandlänge von Porenbeton-Maurewerk. „Mauerwerk”, vol. 10, nr 4/2006, s. 132-139.
[14] A. Bociąga, J. Sieczkowski, Projektowanie murów na cienkie spoiny z niewypełnionymi spoinami pionowymi. „Materiały Budowlane” nr 10/2005, s. 46-50.
[15] Praca zbiorowa: Mauerwerksbau Aktuell. Nichtragende innere Trennwände. Deutsche Gesellschaft für Mauerwerksbau, 3. Auflage, August 2004.
[16] Ł. Drobiec, J. Kubica, Zapobieganie zarysowaniom ścian murowych opartych na stropach żelbetowych. „Materiały Budowlane” nr 4/2006, s. 21-23, 72.




ZAMÓW PRENUMERATĘ
Artykuł zamieszczony 
w "Inżynierze budownictwa", 
czerwiec 2007 r.