USUWANIE WYCHYLEŃ BUDYNKÓW O SZKIELETOWYM I ŚCIANOWYM USTROJU NOŚNYM.pdf

Dr inŜ. Krzysztof GROMYSZ, krzysztof.gromysz@polsl.pl

Politechnika Śląska, Katedra Konstrukcji Budowlanych

Dr inŜ. Tomasz NIEMIEC, office@mpl.com.pl

MPL Rektyfikacja Katowice

USUWANIE WYCHYLE Ń BUDYNKÓW O SZKIELETOWYM I

Ś CIANOWYM USTROJU NO Ś NYM

ELIMINATING OF BUILDING DEFLECTION IN CASE OF FRAMEND AND WALL STRUCTURES

Streszczenie W wyniku podziemnej eksploatacji węgla nastąpiło wychylenie dwukondygnacyjnego budynku o

konstrukcji szkieletowej oraz jedenastokondygnacyjnego budynku mieszkalnego o ścianowym układzie nośnym.

Obiekty, ze względu na znaczne wychylenie wynoszące do 39,5 mm/m nie mogły być bezpiecznie uŜytkowane.

Przeprowadzono prostowanie obiektów przez nierównomierne podnoszenie nadziemnych części budynków przy

pomocy podnośników. W przypadku dwukondygnacyjnego budynku o konstrukcji szkieletowej siłę z

podnośników ustawionych na zewnątrz słupów przekazano na konstrukcję przez siły tarcia. Podobny sposób

przekazywania siły zastosowano przy prostowaniu budynku jedenastokondygnacyjnego. Przeprowadzone

prostowania przywróciły obiektom pełną wartość uŜytkową.

Abstract Coal mining exploitation results in surface deformations. The most essential of them influencing the

mining area are: strain, mining subsidence, slope, curvature. Slope cause building deflection. The paper presents

rectification process of two buildings. First one is two-store framed structure deflected 39,5 mm/m, the second is

11-store block of flats deflected 26 mm/m. Inclination in case of those buildings was eliminated by lifting with

the help of hydraulic jacks. In case of framed structure of two-storey building the force from jacks on columns

was transmitted by friction. Presented method of rectifying buildings through lifting allows quickly and

faultlessly eliminate mining damage effects such as building deflection, thus preventing them from being

demolished or collapsing.

1. Wst ę p

Na terenie Śląska, w wyniku intensywnie prowadzonej podziemnej eksploatacji górniczej

węgla następuje między innymi wychylanie obiektów budowlanych. Wychylenie budynków

wynoszące 20÷25 mm/m powoduje duŜe utrudnienia w ich normalnym uŜytkowaniu.

Wychylenie powyŜej 25 mm/m powoduje uciąŜliwości wykluczające dalsze uŜytkowanie

obiektów zarówno ze względu na nadmierne obniŜenie własności uŜytkowych jak i

zagroŜenie bezpieczeństwa ich uŜytkowania [1].

Usuwanie wychylenia (rektyfikacja) moŜe być prowadzone przez wybieranie gruntu spod

wyŜej połoŜonej części obiektu (rys. 1a) lub przez podnoszenie niŜej połoŜonej części obiektu

przy pomocy podnośników (rys. 1b) [2].

243

Rys. 1. Metody usuwania wychyleń budynków a) wybieranie gruntu spod wyŜej połoŜonej części budynku,

b) podnoszenie niŜej połoŜonej części budynku

Sama rektyfikacja sprowadza się do obrotu budynku w płaszczyźnie pionowej dookoła osi

prostopadłej do kierunku wychylenia wypadkowego T max (rys. 2). W przypadku metod

prostowania przez wybieranie gruntu będzie to oś 1, a w przypadku podnoszenia niŜej

połoŜonej części budynku (podnoszenie) - oś 2.

Rys. 2. Usuwanie wychyleń jako obrót obiektu względem osi prostopadłej do kierunku wychylenia

wypadkowego (T max )

W referacie zostanie przedstawiony proces rektyfikacji dwóch obiektów wychylonych z

pionu: dwukondygnacyjnego budynku o szkieletowym ustroju nośnym oraz budynku

jedenastokondygnacyjnego o ścianowym układzie nośnym.

W trakcie prostowania przez podnoszenie, w dotychczas realizowanych rektyfikacjach, siła

z podnośnika była przekazywana na podnoszoną część obiektu przez docisk tłoka podnośnika

do muru [3]. W tym celu w ścianach wykonywano otwory, w których umieszczano

podnośniki. W przypadku obiektu o ramowej konstrukcji nośnej, gdzie siłę z podnośnika

naleŜy przekazać na słupy, taki sposób przekazywania obciąŜenia nie mógł być zastosowany.

W związku z tym siłę z podnośnika umieszczonego na zewnątrz słupów przekazano na

prostowaną ramę przez tarcie. Zdobyte doświadczenia wskazują, Ŝe ten sposób

przekazywania sił z podnośnika na konstrukcję moŜe zostać wykorzystany takŜe przy

prostowaniu obiektów o ścianowym układzie nośnym.

2. Zasada prostowania budynków przez podnoszenie

Prostowanie wychylonych z pionu budynków przez podnoszenie jest stosunkowo nową

technologią, stosowaną na szerszą skalę w Polsce od 1994 r. Metoda ta polega na

nierównomiernym podnoszeniu budynku przy pomocy układu podnośników zabudowanych w

konstrukcji obiektu.

Generalnie proces prostowania budynku składa się z trzech faz (rys. 3) [2]. W fazie

pierwszej budynek jest rozrywany. Powstaje pozioma szczelina biegnąca od podnośnika do

podnośnika. W przypadku budynków betonowych przebieg tej szczeliny zdeterminowany jest

rozwiązaniami konstrukcyjnymi (połączenie elementów prefabrykowanych albo przekrój, w

którym rozcięto zbrojenie w przypadku konstrukcji monolitycznych). W przypadku

244

konstrukcji murowanych szczelina biegnie zawsze pod zabudowanym wzmocnieniem ścian.

Powstanie tej szczeliny wymuszane jest przez sekwencyjne zadawanie przemieszczeń

poszczególnym podnośnikom.

Faza druga to równoległe podnoszenie. Wszystkie podnośniki wykonują jednakową liczbę

kroków, w wyniku czego budynek jest podnoszony na wysokość 2-3 cm. Jest to konieczne

aby w następnym etapie prostowania krawędzie części prostowanej i pozostającej w gruncie

nie zahaczały o siebie.

Faza wyrównywania jest zasadniczą fazą rektyfikacji i sprowadza się do

nierównomiernego podnoszenia budowli.

Rys. 3.Fazy prostowania budynku

KaŜdy obiekt przeznaczony do prostowania wymaga szeregu zabiegów przygotowawczych

obejmujących: wykonanie niezbędnych wzmocnień budynku, zabudowę podnośników,

czasowe odcięcie instalacji centralnego ogrzewania, gazowej i wodno-kanalizacyjnej.

Zabudowanie podnośników w konstrukcji budynku sprowadzało się zwykle do wykucia

wnęk w ścianach budynku i umieszczenia w nich podnośników. Wówczas siła z podnośnika

na prostowany obiekt była przekazywana przez docisk. W przypadku obiektu o konstrukcji

ramowej zabudowa podnośników wewnątrz słupów nie była moŜliwa.

3. Prostowanie budynku o konstrukcji ramowej

Rektyfikacji poddano trzy segmenty budynku szkoły. Wychylenie segmentów wynosiło od

20,93 mm/m do 39,51 mm/m. Wszystkie prostowane segmenty są dwukondygnacyjne,

niepodpiwniczone o ramowej konstrukcji nośnej. Rzut segmentów wynosi 13,00×13,12 m

(rys. 4). Fundamenty segmentów stanowią Ŝelbetowe ławy, w których utwierdzono

monolityczne słupy długości 2 m i przekroju 30×40 cm. Monolityczne słupy, wyposaŜone w

stalowe okucia z kątowników, stanowią oparcie dla słupów Ŝelbetowej prefabrykowanej ramy

[4, 5]. Dolne fragmenty słupów ram prefabrykowanych są takŜe wyposaŜone w okucia

z kątowników. Połączenie słupów prefabrykowanych ram z monolitycznymi słupami

wykonane było przy pomocy blach przykładkowych spawanych do okuć (rys. 5).

W trakcie prostowania obiektu, rozcięto blachy przykładkowe. Takie połoŜenie rozcięcia

konstrukcji zapewniało, Ŝe reakcję ze słupa stanowiła jedynie siła osiowa bez udziału

momentów zginających [4]. W związku z tym w trakcie prostowania naleŜało przejąć jedynie

siłę osiową ze słupa. Siła działająca w podnośnikach musiała pokryć się zatem z osią słupa.

Wobec powyŜszego zabudowano podnośniki tłokowe symetrycznie po dwóch stronach

słupów. Przekazanie siły z podnośników na słup zapewniły siły tarcia wywołane między

sześcioma elementami stalowo – betonowymi a słupem.

W celu zabudowania elementów stalowo - betonowych w kaŜdym słupie wykonano trzy

otwory. Przez otwory te przeprowadzono śruby M24 klasy 8,8. Następnie na tych śrubach

osadzono elementy stalowo – betonowe. W kaŜdej śrubie wywołano siłę równą 160 kN, co

zapewniło moŜliwość wywołania między boczną powierzchnią słupów a elementami stalowo

245

– betonowymi sił tarcia równowaŜących reakcję przekazywaną z podnośników. Zrealizowane

rozwiązanie przedstawiono na rysunku 5.

Rys. 4. Rzut jednego segmentu budynku szkoły (przekroje A-A i B-B przedstawiono na rysunku 5)

Po przeprowadzeniu prostowania elementy stalowo – betonowe zostały zdemontowane.

Powstałe w ścianach osłonowych przestrzenie (rys. 6) zamurowano. W wyniku

przeprowadzonej rektyfikacji segmentom szkoły przywrócono pełną wartość uŜytkową.

Rys. 5. Przekazywanie sił z podnośników na słupy Ŝelbetowe przez siły tarcia wywołane między elementami

stalowo – betonowymi a słupem a) schemat konstrukcji, b) przykład realizacji

246

Rys. 6. Przemieszczenie podnoszonej części budynku względem części pozostającej w gruncie

a) widok z zewnątrz budynku, b) wnętrze podnoszonego budynku

4. Prostowanie budynku o konstrukcji ś cianowej

Prostowany obiekt to trzysegmentowy jedenjastokondygnacyjny budynek mieszkalny

wielkopłytowy systemu „Fabud T”. RóŜnokierunkowe wychylenie segmentów wynosiło do

26 mm/m (rys. 7a,b).

Poprzeczne ściany budynku znajdują się w osiowych rozstawach równych 6,0, 4,8, 3,6

oraz 2,4 m. Poprzeczne ściany nośne, podłuŜne ściany osłonowe, a takŜe podłuŜną

wewnętrzną ścianę usztywniającą w przyziemiu wykonano w postaci Ŝelbetowych płyt

prefabrykowanych grubości 20 cm (rys. 7d).

Budynek posadowiono na płycie fundamentowej grubości 60 cm z Ŝebrem

fundamentowym wysokości 60 cm i szerokości 30 cm (rys. 7c).

Do przeprowadzenia prostowania budynku wykorzystano system 50 podnośników

membranowych. Podnośniki tego systemu mają średnicę 520 mm, wysokość początkową

60 mm, zakres pracy 60 mm. Ciśnienie oleju w podnośnikach w trakcie pracy wynosi do

13 MPa.

Podnośniki membranowe zostały umieszczone w otworach wykonanych w kondygnacji

przyziemia, w miejscu oparcia płyt ściennych na Ŝebrach fundamentowych (rys. 7c).

Szerokość płyt ściennych wynosząca 200 mm wymuszała konieczność ich poszerzenia w celu

zapewnienia pełnego oparcia podnośników na podnoszonej części budynku.

Powierzchnię tę uzyskano przez zabudowanie po dwóch stronach ścian dziesięciu

elementów stalowo – betonowych (rys. 8). Zabudowanie tych elementów wiązało się z

wykonaniem pięciu otworów w ścianach nośnych nad kaŜdym podnośnikiem. Samo

prostowanie polegało na zadawaniu przemieszczeń poszczególnym podnośnikom. Po

zakończeniu prostowania zdemontowano elementy stalowo - betonowe.

Przeprowadzona rektyfikacja budynku jedenastokondygnacyjnego przywróciła pełną

wartość uŜytkową obiektu.

W trakcie rektyfikacji następowała zmiana schematu statycznej pracy budynku.

ObciąŜenie ze ścian budynku na fundament było przekazywane, nie jak w trakcie eksploatacji

w postaci obciąŜenia liniowego, lecz w postaci sił skupionych. Dlatego było wymagane

obliczeniowe sprawdzenie stanów granicznych nośności wybranych fragmentów budynku,

fundamentów oraz podłoŜa.

247

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: