PRZYCZYNY KATASTROFY HALI MAGAZYNOWEJ PO OKRESIE WIELOLETNIEGO UŻYTKOWANIA.pdf

Dr inŜ. Marian PŁACHECKI

Mgr inŜ. Szymon SERĘGA

Politechnika Krakowska

PRZYCZYNY KATASTROFY HALI MAGAZYNOWEJ PO OKRESIE

WIELOLETNIEGO U ś YTKOWANIA

THE REASONS FOR COLLAPSE OF STORAGE HALL AFTER LONG-TERM EXPLOATATION

Streszczenie W referacie przedstawiono przyczyny oraz mechanizm katastrofy przemysłowej hali

magazynowej. Budynek hali o konstrukcji mieszanej Ŝelbetowo-stalowej został wzniesiony w latach 70.

ubiegłego wieku. W lutym 2006 w wyniku interakcji: pierwotnych błędów konstrukcyjnych, błędów

wykonawczych, postępującej korozji oraz duŜego obciąŜenia śniegiem hala uległa zawaleniu. Referat

przedstawia opis konstrukcji, listę przyczyn katastrofy oraz analizę numeryczną mechanizmu zniszczenia.

Abstract The paper deals with the reasons and the failure mechanism of the industrial hall. The hall structure

was made from steel and reinforcement concrete. The hall was built in the 1970s and was used until its collapse

in 2006. The failure was caused as the result of structural errors, imperfections made during erection of building,

corrosion and high level of snow load. The structure description and complete list of the failure reasons as well

as the numerical analysis of the failure mechanism was presented in this paper.

1. Wst ę p

W ostatnich latach, w trwającym nadal procesie przekształceń własnościowych, wiele

poprzemysłowych obiektów budowlanych zostało przystosowanych do nowych funkcji

uŜytkowych. Nowi nabywcy nieruchomości nie przejęli pierwotnej dokumentacji projektowo-

wykonawczej, głównie z powodu jej braku, a takŜe wielokrotnie w ksiąŜce obiektu

budowlanego nie została odnotowana „historia” jego uŜytkowania.

W sezonie zimowym 2005/2006 odnotowano kilka przypadków zawalenia się dachu

w halach stalowych po wieloletnim ich uŜytkowaniu. Jako główne przyczyny zaistniałych

zdarzeń wymienia się: zwiększone obciąŜenie śniegiem, korozję stalowych elementów

konstrukcji, a takŜe niekontrolowany demontaŜ jej fragmentów. Budowle te posiadają ukryte

wady konstrukcyjne, które przez lata pozostając w „uśpieniu” mają istotny wpływ na

bezpieczeństwo obiektu w przypadku jego przeciąŜenia połączonego z utratą trwałości

wskutek postępujących procesów korozyjnych.

Referat omawia przypadek parterowej hali zaplecza produkcyjnego zakładu prefabrykacji

elementów Ŝelbetowych, wybudowanej około 1970 roku. Po około 25 latach uŜytkowania

hala została wyłączona z eksploatacji, a następnie po kilku latach stała się własnością nowego

inwestora, który przystosował obiekt do nowej funkcji produkcyjno-magazynowej.

Wykonane prace adaptacyjne nie ingerowały w konstrukcję nośną obiektu. Po około pięciu

latach uŜytkowania w nowych warunkach, w okresie zimowym 2006 roku nastąpiło

315

zawalenie się dachu w obiekcie. W pracy przedstawiono opis zdarzeń oraz analizę czynników,

które zdaniem autorów, zadecydowały o wystąpieniu katastrofy.

2. Obiekt przed i po katastrofie

Hala magazynowa składała się z dwóch bliźniaczych segmentów o wymiarach w rzucie

15.0 m x 24.25 m, oddzielonych przerwą dylatacyjną. Główny ustrój nośny konstrukcji hali

stanowiły płaskie ramy stalowo-Ŝelbetowe o rozstawie 4.85 m, złoŜone z prefabrykowanych,

Ŝelbetowych słupów o wysokości 6.4 m (oś A) i 5.1 m (oś B). Słupy zostały zamocowane

w prefabrykowanych stopach kielichowych. Na słupach oparto w sposób przegubowy

kratownice o kształcie odwróconego trapezu. Rzut hali magazynowej pokazano na

Rys. 1, natomiast geometrię stalowego dźwigara kratowego oraz zastosowane profile

zilustrowano na Rys. 2.

Strefa katastrof y

485

Rys. 1 Rzut hali magazynowej.

A) Schemat dzwigara dachowego

B) Przekrój poprzeczny slupa

4#12 (18G2)

O6co ~20cm (St0S)

4#12 (18G2)

250

Rys. 2 Konstrukcja rygla kratowego.

316

Dach hali wykonano z prefabrykowanych płyt Ŝebrowych o wysokości 25 cm i rozpiętości

równej rozstawowi dźwigarów stalowych, opartych bezpośrednio na górnym pasie dźwigara

kratowego. Na płycie wykonano wylewkę cementową o grubości 5 cm. Płyty dachowe pełniły

jednocześnie rolę stęŜeń pasa górnego.

Sztywność budynku w kierunku podłuŜnym została zapewniona przez ściany osłonowe

wykonane z prefabrykowanych płyt Ŝelbetowych o grubości 8 cm, mocowanych do stalowych

marek zabetonowanych w słupach. W kierunku poprzecznym sztywność konstrukcji

zapewniał układ słupów i rygli oraz ceramiczne ściany poprzeczne w osiach 1, 6/7, 12.

W lutym 2006 nastąpiła katastrofa budowlana, która objęła część budynku oznaczoną na

Rys. 1 jako segment A. Zanotowano następujący obraz konstrukcji po katastrofie:

- zniszczone zostały dźwigary kratowe w strefie podporowej w osi 2 od strony osi B

oraz w osi 4 i 5 od strony osi A - Rys. 3,

- zniszczeniu uległ dźwigar kratowy w osi 3 w obydwu strefach podporowych,

- słupy Ŝelbetowe w osiach 3-A, 4-A, 5-A oraz 2-B zostały złamane,

- część prefabrykowanych płyt dachowych zsunęła się z pasów górnych odciąŜając

w ten sposób konstrukcję nośną, co ograniczyło zasięg i skalę katastrofy.

Wymienione dźwigary kratowe zniszczyły się niemalŜe w identyczny sposób.

Przypodporowy słupek (kątownik równoramienny L75x7) uległ wyboczeniu, co

doprowadziło do złamania pasów górnego w punkcie A i dolnego w punktach B, C

zaznaczonych na Rys. 2. Niszczący się dźwigar pociągnął słupy Ŝelbetowe do wewnątrz

budynku.

Rys. 3 Obraz konstrukcji hali po katastrofie.

Przegląd konstrukcji po katastrofie pozwolił na zanotowanie szeregu nieprawidłowości

konstrukcyjno-wykonawczych głównego ustroju nośnego hali. Wszystkie błędy moŜna

zakwalifikować do dwóch kategorii: błędy obliczeniowo-projektowe oraz błędy powstałe

podczas montaŜu konstrukcji. Najgroźniejszym błędem okazał się sposób połączenia

skrajnego słupka z pasami kratownicy. Zastosowano połączenie słupka kratownicy z pasami

obwodową spoiną pachwinową. Kątownik został przyspawany prostopadle do płaszczyzny

środnika pasów bez niezbędnej blachy węzłowej. Stwierdzono wadliwe ułoŜenie spoiny, brak

317

prawidłowego przetopu oraz ślady korozji na wewnętrznej jej powierzchni (Rys. 4).

Ponadto, jak wykazały kontrolne obliczenia wytrzymałościowe dźwigara kratowego,

wykonane zgodnie z normą 3], przy uwzględnieniu rzeczywistych obciąŜeń występujących

w chwili katastrofy, niedobór nośności słupka przypodporowego wynosił około 30%.

Rys. 4 Ślad spawanego połączenia słupka z pasem dolnym kratownicy.

Rys. 5 Mimośrodowe oparcia dźwigara na słupie.

Połączenia słupki-pasy kratownicy dachowej oraz niedobór nośności skrajnego słupka moŜna

uznać za główną przyczynę katastrofy obiektu. Dalsze nieprawidłowości mają charakter

drugorzędny, nie były bezpośrednią przyczyną zawalenia się dachu hali magazynowej.

318

Stwierdzono powierzchniową korozję dźwigarów w wyniku braku odpowiedniego

zabezpieczenia antykorozyjnego. Część dźwigarów została nieosiowo oparta na słupach

Ŝelbetowych, powodując mimośrodowe obciąŜenie w płaszczyźnie prostopadłej do

płaszczyzny ramy (Rys. 5).

Rys. 6 Widok złamanego słupa.

Ponadto w słupach Ŝelbetowych stwierdzono niewłaściwy stos okruchowy kruszywa,

niejednorodność lub brak grubszych jego frakcji, zróŜnicowaną otulinę zbrojenia wynoszącą

od 10 mm do 50 mm (Rys. 6).

3. Scenariusz katastrofy oraz jej numeryczna symulacja

Zastany obraz konstrukcji budynku hali po katastrofie oraz wstępne obliczenia statyczne

poszczególnych elementów kratownicy dachowej pozwoliły na załoŜenie najbardziej

prawdopodobnego scenariusza katastrofy i wykonanie symulacji numerycznej jego przebiegu.

Przyjęto, Ŝe utrata nośności przypodporowego słupka jednej z ram budynku była inicjatorem

katastrofy. Zmiana geometrii dźwigara spowodowała powstanie duŜych momentów

zginających w pasach dźwigara stalowego w punktach A, B oraz C, co doprowadziło do

powstania w tych miejscach przegubów plastycznych zamieniając dźwigar kratowy

w mechanizm. Stopniowej utracie geometrycznej niezmienności kratownicy towarzyszyły

duŜe jej przemieszczenia oraz powstanie poziomej reakcji w górnym węźle słupów.

śelbetowe słupy o smukłości

l =

319

odpowiednio w osi A i B, zostały złamane

w wyniku działania momentu zginającego od siły poziomej przyłoŜonej w głowicy słupa oraz

dodatkowego momentu II rzędu.

Katastrofa jednego dźwigara pociągnęła za sobą katastrofę elementów przyległych.

Niezniszczone pozostały jedynie dźwigary w osiach 1 i 6 dlatego, Ŝe poziom wytęŜenia tych

dźwigarów był o połowę mniejszy niŜ w dźwigarach wewnętrznych oraz siła pozioma została

przeniesiona przez ściany usztywniające.

Numeryczna symulacja mechanizmu katastrofy została przeprowadzona w trzech etapach,

przy uŜyciu programu DIANA.

l =

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: