Projekt okładki: Ireneusz Gawliński

Wydawca: Karol Zawadzki

Koordynator ds. redakcji: Adam Kowalski

Redakcja językowa: Irena Puchalska

Redakcja naukowa: Leonard Runkiewicz

Redakcja naukowo-techniczna: Jan Sieczkowski

Produkcja: Mariola Grzywacka

Skład wersji elektronicznej na zlecenie Wydawnictwo Naukowe PWN: Michał Latusek

Recenzenci: Prof. dr hab. inż. Wiesław BUCZKOWSKI, Prof. dr hab. inż. Kazimierz FLAGA, Prof. dr hab. inż. Kazimierz FURTAK, Dr inż. Robert GERYŁO, Prof. dr hab. inż. Barbara GOSZCZYŃSKA, Prof. dr hab. inż. Anna HALICKA, Prof. dr hab. inż. Jerzy HOŁA, Prof. dr hab. inż. Zbigniew KLEDYŃSKI, Prof. dr hab. inż. Eugeniusz KODA, Dr inż. Krzysztof KUCZYŃSKI, Mgr inż. Krzysztof LATOSZEK, Prof. dr hab. inż. Leonard RUNKIEWICZ, Dr hab. inż. Barbara RYMSZA - prof. IBDiM, Dr hab. inż. Jacek SZER, Dr inż. Jarosław SZULC, Prof. dr hab. inż. Wiesław TRĄMPCZYŃSKI

Książka wydana przy współudziale środków finansowych XVI Konferencji Naukowo-Technicznej „Warsztat Pracy Rzeczoznawcy Budowlanego”, zorganizowane przez Polski Związek Inżynierów i Techników Budownictwa – Oddział Kielce, a także Wydział Budownictwa i Architektury Politechniki Świętokrzyskiej oraz ze środków ITB i PZITB – Oddział Główny.

Książka, którą nabyłeś, jest dziełem twórcy i wydawcy. Prosimy, abyś przestrzegał praw, jakie im przysługują. Jej zawartość możesz udostępnić nieodpłatnie osobom bliskim lub osobiście znanym. Ale nie publikuj jej w internecie. Jeśli cytujesz jej fragmenty, nie zmieniaj ich treści i koniecznie zaznacz, czyje to dzieło. A kopiując jej część, rób to jedynie na użytek osobisty. Szanujmy cudzą własność i prawo.

Szanujmy cudzą własność i prawo.

Więcej na www.legalnakultura.pl Polska Izba Książki

Copyright © by Wydawnictwo Naukowe PWN SA

Warszawa 2021

ISBN: 978-83-01-21955-0

eBook został przygotowany na podstawie wydania papierowego z 2021r. (Wydanie I)

Wydawnictwo Naukowe PWN SA

02-460 Warszawa, ul. Gottlieba Daimlera 2

tel. 22 69 54 321; faks 22 69 54 288; infolinia 801 33 33 88

e-mail: pwn@pwn.com.pl; reklama@pwn.pl; www.pwn.pl

Bezpłatny fragment

Przedmowa
prof. dr hab. inż Leonard Runkiewicz

1. Diagnostyki budynków wielkopłytowych posadowionych na terenach górniczych Śląska
Marian Kawulok, Kazimierz Konieczny, Leszek Słowik

1.1. Wprowadzenie

1.2. Charakterystyka budynków wielkopłytowych wzniesionych na terenach górniczych Śląska

1.3. Skutki oddziaływania eksploatacji górniczej w budynkach wielkopłytowych

1.4. Przypadki zagrożenia bezpieczeństwa budynków wielkopłytowych na skutek wpływów górniczych

1.4.1. Nieprawidłowe stany przerw dylatacyjnych

1.4.2. Wychylenia budynków od pionu

1.4.3. Rysy w elementach konstrukcyjnych i złączach elementów prefabrykowanych

1.5. Oceny stanów technicznych budynków

1.5.1. Procedury diagnostyczne

1.5.2. Oceny skutków eksploatacji górniczych

1.6. Podsumowanie

Bibliografia

2. Oceny eksploatowanych obiektów budowlanych w warunkach oddziaływań dynamicznych
Krzysztof Stypuła, Janusz Kawecki

2.1. Wstęp

2.2. Sytuacje diagnostyczne w odniesieniu do obiektów budowlanych

2.3. Podstawy diagnostyki dynamicznej

2.3.1. Oceny wpływu drgań na konstrukcje eksploatowanych budynków w przypadku wewnętrznych źródeł drgań

2.3.2. Oceny wpływu drgań na konstrukcję eksploatowanego budynku w przypadku zewnętrznych źródeł drgań

2.3.3. Przybliżone oceny wpływu drgań na konstrukcje eksploatowanych budynków w przypadku zewnętrznych źródeł drgań

2.4. Uszkodzenia obiektów budowlanych pod wpływem oddziaływań dynamicznych

2.5. Przykład oceny

2.6. Podsumowanie

Bibliografia

3. Badania i oceny stanu technicznego konstrukcji żelbetowych po pożarze
Robert Kowalski, Julia Wróblewska

3.1. Wprowadzenie

3.2. Wpływ wysokiej temperatury na beton

3.3. Ocena betonu w konstrukcjach po pożarze

3.4. Wpływ wysokiej temperatury na stal zbrojeniową

3.5. Uwarunkowania konstrukcyjne

Bibliografia

4. Ocena akustyczna obiektów i terenów mieszkaniowych
Jacek Nurzyński

4.1. Wprowadzenie

4.2. Zakres ochrony akustycznej budynków mieszkalnych

4.3. Kryteria oceny akustycznej

4.3.1. Parametry akustyczne elementów budowlanych a właściwości budynków

4.3.2. Izolacyjność akustyczna od dźwięków powietrznych

4.3.3. Izolacyjność akustyczna od dźwięków uderzeniowych

4.3.4. Poziom hałasu

4.4. Wymagania akustyczne

4.4.1. Ochrona przed hałasem w przepisach budowlanych

4.4.2. Wymagana izolacyjność akustyczna ścian wewnętrznych

4.4.3. Wymagana izolacyjność akustyczna stropów

4.4.4. Przegrody zewnętrzne

4.4.5. Dopuszczalny poziom hałasu

4.4.6. Wymagania akustyczne obowiązujące w różnych okresach

4.5. Budynki o podwyższonym standardzie akustycznym

4.6. Oceny akustyczne terenów mieszkaniowych

4.7. Metody oceny obiektów i terenów mieszkaniowych

4.7.1. Budynki mieszkalne

4.7.2. Środowisko zewnętrzne

4.8. Podsumowanie i wnioski

Bibliografia

5. Oceny właściwości cieplnych budynków
Robert Geryło

5.1. Zakres zagadnień objętych ocenami i wymaganiami

5.2. Oceny izolacyjności cieplnej

5.2.1. Wymagania

5.2.2. Oceny na podstawie badań

5.2.3. Oceny na podstawie komputerowych symulacji pola temperatury

5.3. Oceny cieplnych właściwości dynamicznych

5.3.1. Wprowadzenie

5.3.2. Przepuszczalność energii promieniowania słonecznego

5.3.3. Pojemność cieplna

5.4. Uwagi końcowe

Bibliografia

6. Oceny zmian właściwości podłoża na skutek oddziaływania środowiska
Tomasz Godlewski

6.1. Wprowadzenie

6.2. Wrażliwość sektora budownictwa na zmiany klimatu

6.3. Zmiana podejścia do obciążenia śniegiem

6.4. Katastrofalne oddziaływania wiatrów

6.5. Przemarzanie gruntów

6.6. Opady

6.7. Podsumowanie

Bibliografia

7. Badania i oceny zużycia eksploatowanych łukowych konstrukcji murowych
Rafał Nowak, Romuald Orłowicz

7.1. Wprowadzenie

7.2. Sklepienia ceglane

7.3. Nadproża ceglane

7.4. Bramy ceglane

7.5. Podsumowanie i wnioski

Bibliografia

8. Diagnostyka okresowa wybranych współczesnych elewacji budynków
Leonard Runkiewicz, Ołeksij Kopyłow, Jan Sieczkowski

8.1. Wprowadzenie

8.2. Zasady ogólne diagnostyki elewacji

8.3. Zasady szczegółowe diagnostyk elewacji

8.3.1. Elewacje typu ETICS

8.3.2. Ściany z płyt warstwowych

8.4. Podsumowanie

Bibliografia

9. Ocena bezpieczeństwa i trwałości lekkich ścian osłonowych obiektów budowlanych
Marzena Jakimowicz, Krzysztof Kuczyński, Paweł Sulik

9.1. Wprowadzenie

9.2. Trwałość i bezpieczeństwo

9.2.1. Typy ścian osłonowych w aspekcie bezpieczeństwa

9.2.2. Wpływ projektowania na trwałość

9.2.3. Wpływ jakości wykonawstwa na trwałość

9.2.4. Ocena bezpieczeństwa

9.3. Bezpieczeństwo pożarowe lekkich ścian osłonowych

9.3.1. Reakcje na ogień

9.3.2. Rozprzestrzenianie ognia przez elewacje

9.3.3. Odporności ogniowe

9.3.4. Odpadanie elewacji w trakcie pożaru

9.4. Wnioski

Bibliografia

10. Nieniszczące badania i oceny jakości posadzek budowlanych
Andrzej Garbacz, Piotr Woyciechowski, Grzegorz Adamczewski, Tomasz Piotrowski

10.1. Wprowadzenie

10.2. Diagnostyka wad i uszkodzeń posadzek przemysłowych

10.3. Wybór metod diagnostycznych

10.4. Przykłady wykorzystania wybranych nieniszczących metod diagnostycznych

10.4.1. Geodezyjne pomiary geometryczne powierzchni

10.4.2. Kataster rys i jego monitoring

10.4.3. Impact-echo

10.4.4. Metoda GPR

10.4.5. Metody ultradźwiękowe

10.4.6. Badania termowizyjne

10.4.7. Pomiary ścieralności metodą BCA

10.4.8. Oznaczanie przyczepności przy odrywaniu (metoda pull-off)

10.4.9. Badanie skażenia chemicznego

10.5. Podsumowanie

Bibliografia

11. Badania i oceny przydatności eksploatacyjnej i trwałości pokryć dachowych
Barbara Francke

11.1. Wprowadzenie

11.2. Metody oceny poprawności wykonania pokryć dachowych

11.2.1. Badania odbiorcze

11.2.2. Metody oceny szczelności pokryć dachowych

11.3. Aspekty trwałości w odniesieniu do różnych rozwiązań przekryć dachowych

11.3.1. Uwarunkowania użytkowe

11.3.2. Przekrycia o tradycyjnym układzie warstw

11.3.3. Przekrycia w układach odwróconych

11.4. Podsumowanie

Bibliogragfia

12. Badania i oceny eksploatowanych żelbetowych dźwigarów sprężonych
Leonard Runkiewicz, Jan Sieczkowski

12.1. Wprowadzenie

12.2. Charakterystyka dachowych żelbetowych dźwigarów sprężonych z ubiegłego wieku

12.3. Diagnostyki żelbetowych dźwigarów sprężonych

12.3.1. Uwagi ogólne

12.3.2. Okresowe badania i oceny obiektów

12.3.3. Diagnostyki doraźne i docelowe

12.4. Wnioski

Bibliografia

13. Badania i oceny eksploatowanych zbiorników żelbetowych na ciecze
Wiesław Buczkowski , Anna Halicka

13.1. Wprowadzenie

13.2. Zasady wykonywania ekspertyz zbiorników żelbetowych

13.2.1. Informacje ogólne

13.2.2. Podstawy ekspertyz (badań i analiz)

13.2.3. Przedmioty, cele i zakresy ekspertyz

13.2.4. Ogólne informacje o obiektach

13.2.5. Badania terenowe zbiorników żelbetowych

13.2.6. Badania laboratoryjne betonu i pozostałe prace kameralne

13.2.7. Sprawdzające obliczenia statyczno-wytrzymałościowe

13.2.8. Analizy wyników badań i obliczeń

13.2.9. Wnioski i zalecenia

13.3. Przykład ekspertyzy (badań i analiz) zbiornika prostopadłościennego

Bibliografia

14. Ocena bezpieczeństwa rusztowań budowlanych
Piotr Dzięgielewski, Michał Wrzosek

14.1. Wprowadzenie

14.2. Rodzaje rusztowań

14.3. Niezawodność i bezpieczeństwo rusztowań

14.3.1. Statystyki

14.3.2. Nieprawidłowości

14.4. Stosowanie rusztowań

14.4.1. Wyroby rusztowaniowe

14.4.2. Produkcja

14.4.3. Certyfikacja

14.4.4. Wyroby nowe

14.4.5. Wyroby używane

14.4.6. Dokumentacja

14.5. Projektowanie

14.5.1. Specyfika rusztowań

14.5.2. Osoby uprawnione

14.6. Montaże

14.6.1. Mieszanie elementów różnych producentów

14.6.2. Osoby uprawnione

14.6.3. Odbiory rusztowań

14.6.4. Użytkowanie

14.7. Podsumowanie

Bibliografia

15. Rola norm projektowych w rzeczoznawstwie murów zabytkowych
Stanisław Karczmarczyk

15.1. Wprowadzenie

15.2. Przegląd charakterystycznych rozwiązań konstrukcji murowych stosowanych w poszczególnych okresach stylowych

15.3. Zakres wymagań ujętych w przepisach Eurokodu 6 warunkujących ich stosowanie do konstrukcji murowych

15.3.1. Zasady ustalania wytrzymałości elementów murowych

15.3.2. Zasady ustalania wytrzymałości zaprawy

15.3.3. Zasady ustalania obliczeniowej wytrzymałości muru na ściskanie

15.4. Systematyka cech murów historycznych, które nie mogą być ocenione według zasad zawartych w Eurokodzie 6

15.5. Zasady oceny murów historycznych oraz stosowanie metody ich zabezpieczenia

15.5.1. Rozpoznanie struktury murów historycznych

15.5.2. Określenie cech fizycznych i wytrzymałościowych materiałów składowych muru

Badania wytrzymałości rdzeniowej warstwy murów o strukturze opus emplectum

15.6. Określenie nośności muru warstwowego opus emplectum

15.7. Ocena możliwości stosowania współczesnych norm do oceny historycznych konstrukcji murowych

15.8. Podsumowanie

Bibliografia

16. Diagnostyka budynków zawierających azbest
Andrzej Obmiński

16.1. Zastosowanie azbestu w budownictwie krajowym

16.2. Istota problemu azbestu w budownictwie krajowym a realność oceny zagrożeń

16.2.1. Powszechność zastosowań wyrobów zawierających azbest

16.2.2. Problem inwentaryzacyjny

16.2.3. Problem kwalifikacji stopnia zużycia (zestarzenia się) wyrobów, czyli ocena ich stanu technicznego, zwana potocznie Oceną

16.2.4. Problem jakości prac demontażowych

16.2.5. Wpływ lokalizacji wyrobów z azbestem na stężenie włókien w powietrzu wewnętrznym i ocena realnych zagrożeń

16.3. Lokalizacja elementów i wyrobów z azbestem

16.4. Wybrane informacje na temat budownictwa wielkopłytowego

16.5. Stosowana technika analizy zanieczyszczenia powietrza wewnętrznego

16.6. Historyczne wyniki badań powietrza wewnętrznego budynków

16.7. Poziomy zanieczyszczenia powietrza oraz ich zmienność

16.8. Zestawienia wyników badań wybranych obiektów

16.9. Podsumowanie

16.10. Wnioski

Bibliografia

17. Wiarygodność metod nieniszczących stosowanych w diagnostyce obiektów budowlanych
Jerzy Hoła, Łukasz Sadowski

17.1. Wstęp

17.2. Klasyfikacje metod i technik nieniszczących

17.3. Ważniejsze ograniczenia i uwarunkowania dla wybranych metod

17.3.1. Uwagi ogólne

17.3.2. Metody sklerometryczne

17.3.3. Metody akustyczne

17.3.4. Metody oceny wilgotności

17.4. Skalowanie aparatury

17.4.1. Zasady ogólne

17.4.2. Skalowanie dokładne

17.4.2. Skalowanie przybliżone

17.5. Komplementarność badań nieniszczących

17.6. Znaczenie odkrywek kontrolnych

17.7. Wnioski

Bibliografia

18. Wprowadzanie wyrobów budowlanych do obrotu i udostępnianie ich na rynku krajowym – nowe wymagania prawne w działalności rzeczoznawców budowlanych
Agnieszka Fleszar, Karolina Nowakowska, Edyta Staniszewska-Chlebowska

18.1. Wstęp

18.2. System krajowy

18.2.1. Zasady wprowadzania do obrotu obowiązujące do 31 grudnia 2016 r.

18.2.2. Przepisy zmieniające (z 2015 r. i 2016 r.)

18.2.3. System krajowy od 2017 r.

18.3. Grupy wyrobów budowlanych podlegające oznakowaniu znakiem budowlanym

18.4. Krajowe oceny techniczne

18.5. System europejski

18.5.1. Wstęp

18.5.2. Normy europejskie zharmonizowane z CPR

18.5.3. Europejskie dokumenty oceny (EAD)

18.5.4. Europejskie Oceny Techniczne (ETA)

18.6. Porównanie systemu krajowego i europejskiego na przykładzie systemów ociepleń ETICS

18.7. Podsumowanie i wnioski

Bibliografia

19. Różnice między opiniami biegłych sądowych a ekspertyzami rzeczoznawców budowlanych
Paweł Fiszer, Stanisław Karczmarczyk

19.1. Wstęp

19.2. Biegły sądowy

19.2.1. Sposób powoływania biegłego sądowego

19.2.2. Wymagania w stosunku do opinii sądowych

19.3. Przykłady rozstrzygnięć i postępowań sądowych w sprawach związanych z ochroną zabytków i ocena roli biegłych sądowych w tych postępowaniach

19.3.1. Zabytkowy dwór o drewnianej mieszanej konstrukcji zrębowej i sumikowo-łątkowej

19.3.2. Zabytkowy Spichlerz z Borowna

19.3.3. Ocena wykonania dachu hali sportowej

19.5. Podsumowanie i wnioski

Bibliografia

20. Odpowiedzialność zawodowa i dyscyplinarna rzeczoznawców budowlanych
Radosław Sekunda, Mariusz Okuń

20.1. Rzeczoznawstwo budowlane – istota i geneza

20.1.1. Krótka historia „zawodu” rzeczoznawcy budowlanego

20.1.2. Rzeczoznawstwo budowlane PZITB

20.2. Odpowiedzialność zawodowa i dyscyplinarna rzeczoznawców budowlanych

20.2.1. Odpowiedzialność zawodowa rzeczoznawców budowlanych

20.2.2. Odpowiedzialność dyscyplinarna rzeczoznawców budowlanych

20.3. Studium przypadku

20.3.1. Odpowiedzialność zawodowa rzeczoznawcy budowlanego

20.3.2. Odpowiedzialność dyscyplinarna rzeczoznawcy budowlanego

20.4. Podsumowanie

Bibliografia

21. Diagnostyka zapraw murarskich i tynkarskich w budynkach
Bohdan Stawiski

21.1. Znaczenie tynków i zapraw w budownictwie

21.2. Parametry wytrzymałościowe zapraw budowlanych

21.3. Ogólny podział tynków w budownictwie

21.4. Rodzaje uszkodzeń i przyczyny zniszczeń tynków w budownictwie

21.5. Rozpoznawanie uszkodzonych tynków

21.6. Badania nieniszczące wytrzymałości tynków i zapraw w konstrukcjach budowlanych

21.6.1. Cechy wspólne zapraw murarskich i tynkarskich

21.6.2. Przykład badania zaprawy murarskiej w murze ceglanym

21.6.3. Przykład badania tynków zwykłych bez soli i zasolonych

21.6.4. Odwierty oraz badania przyczepności tynku do podłoża

21.6.5. Badanie wytrzymałości tynku cementowo-wapiennego na ściskanie

21.6.6. Badania zawilgoceń tynku na ścianach

21.6.7. Brązowe zacieki na tynkach

21.6.8. Ustalenia, które wynikają z przeprowadzonych badań

21.7. Wskazówki dotyczące niektórych napraw tynków

Bibliografia

22. Diagnostyka istniejących fundamentów żelbetowych pod nowe silosy stalowe na materiały sypkie
Stanisław Plechawski

22.1. Analiza istniejących konstrukcji

22.2. Posadowienie w gruncie

22.3. Prace badawcze

22.3.1. Badania wizualne powierzchni żelbetowych

22.3.2. Badania wytrzymałości betonu na ściskanie w konstrukcji

22.3.3. Pomiary przebiegu zbrojenia

22.3.4. Badania chemiczne utraty właściwości ochronnych (zasadowości pH) betonu przed korozją stali zbrojeniowej

22.3.5. Stopień korozji i przekrój nośny zbrojenia

22.4. Wytrzymałości betonu według normy najnowszej i poprzedniej

22.5. Podsumowanie

22.5.1. Wytrzymałość konstrukcji

22.5.2. Możliwość wykorzystania istniejących fundamentów

22.5.3. Niezbędne prace naprawcze z podaniem technologii ich wykonania

22.5.4. Uwagi w stosunku do PN-EN 13791:2019-12

Bibliografia

23. Diagnostyka ściągów stalowych w konstrukcji przekrycia dachu nad basenem sportowym
Jarosław Szulc, Krzysztof Sztuka, Aleksandra Mazurek

23.1. Wprowadzenie

23.2. Opis techniczny konstrukcji dachu

23.3. Identyfikacja i stan techniczny elementów konstrukcji dachu

23.4. Badania materiałowe stali w ściągu

23.4.1. Próba rozciągania prętów stalowych

23.4.2. Skład chemiczny stali w ściągu

23.4.3. Charakter przełomu pękniętego ściągu

23.4.4. Badania zgładu wzdłużnego i poprzecznego

23.1.5. Badania strukturalne stali

23.4. Podsumowanie i wnioski

Bibliografia

24. Diagnostyka i wzmocnienia trzech budynków mieszkalnych po pożarze
Dariusz Karolak

24.1. Wstęp

24.2. Analizy stanu technicznego budynków po pożarze

24.3. Analizy stanu elementów konstrukcji budynków po pożarze

24.4. Analiza wpływu działania temperatury na elementy konstrukcyjne

24.4.1. Betony

24.4.2. Stal zbrojeniowa

24.4.3. Mur

24.4.4. Drewno

24.5. Wnioski z przeprowadzonych badań

24.6. Wzmocnienia konstrukcji budynków

24.7. Podsumowanie

Bibliografia

Przypisy

Przedmowa

Leonard Runkiewicz[1]

Diagnostyka obiektów budowlanych jest bardzo ważną dziedziną wiedzy dotyczącą budynków i budowli znajdujących się zarówno na etapie procesów inwestycyjnych, jak i związanych z ich eksploatacją.

Podstawami prawidłowo wykonywanych diagnostyk są badania i oceny elementów oraz obiektów budowlanych, wykonywane przez wysoko wyspecjalizowanych inżynierów i ekspertów, a także specjalistów i rzeczoznawców budowlanych.

Wynikiem diagnostyk obiektów budowlanych są opinie, oceny i ekspertyzy budowlane.

W pierwszej części monografii Diagnostyka obiektów budowlanych. Zasady wykonywania ekspertyz podano zasady prawidłowego opracowywania ekspertyz budowlanych w wybranych, podstawowych dziedzinach budownictwa.

Natomiast w tej części głównie przedstawiono zasady badań i ocen budynków i budowli, a także uzupełniające diagnostyki obiektów budowlanych o specjalnym przeznaczeniu.

W ten sposób obecna monografia wychodzi naprzeciw coraz większej roli rzeczoznawstwa budowlanego w gospodarce narodowej. Wynika to bowiem z dekapitalizacji budownictwa oraz ze zwiększania zakresu remontów, wzmocnień i modernizacji obiektów budowlanych, stosowania nowoczesnych technik i technologii budowlanych, opartych na innowacyjnych rozwiązaniach.

W wielu krajach remonty, wzmocnienia i modernizacje obiektów budowlanych obejmują blisko połowę całkowitego potencjału budowlanego.

Zarówno w działalności inwestycyjnej przy realizacji nowych obiektów, jak i w działalności eksploatacyjnej, a także remontowo-modernizacyjnej znaczenie diagnostyk budowlanych jest bardzo istotne ze względów technicznych i ekonomicznych.

Ponadto, w wyniku analiz Instytutu Techniki Budowlanej stwierdzono, że w ostatnich latach względna procentowa liczba zagrożeń, awarii i katastrof budowlanych zwiększa się w procesach eksploatacyjnych, a zmniejsza w projektowaniu oraz nieznacznie w wykonawstwie.

Coraz większe wymagania właścicieli i użytkowników w stosunku do wszystkich rodzajów budynków i budowli wymagają także coraz częstszych remontów, modernizacji i wzmocnień starych obiektów budowlanych. Każda taka działalność wymaga przeprowadzania badań, analiz i diagnostyk oraz podejmowania decyzji, co do zakresu oraz formy renowacji i modernizacji obiektów budowlanych.

W wyniku przeprowadzanych diagnostyk obiektów rzeczoznawcy – specjaliści z dziedzin techniki i ekonomiki – opracowują optymalne rozwiązania techniczne uwzględniające także aspekty ekonomiczne. Rozwiązania te powinny uwzględniać wyniki badań naukowych, a także spełniać wymagania aktualnych norm i dokumentów wprowadzających wyroby budowlane do stosowania w budownictwie.

Szacunkowo ocenia się, że w ostatnich latach liczba opracowań rzeczoznawczych i specjalistycznych zwiększyła się kilkukrotnie.

Przykładami bardzo trudnych oraz kosztownych badań, ocen i decyzji eksperckich w ostatnim czasie są m.in.:

• badania i oceny zmian właściwości podłoża budowlanego na skutek oddziaływań środowiska i warunków klimatycznych;

• badania i oceny konstrukcji murowych, w tym historycznych i zabytkowych;

• oceny konstrukcji sprężonych;

• oceny pokryć dachowych, posadzek i rusztowań;

• oceny obiektów zawierających azbest;

• zmiany konstrukcji fundamentów pod eksploatowanymi i modernizowanymi obiektami budowlanymi;

• zwiększanie nośności elementów oraz sztywności obiektów budowlanych o różnych technologiach;

• poprawa właściwości akustycznych, energooszczędnych i przeciwpożarowych całych obiektów;

• zmniejszanie wpływu drgań na budynki i ludzi w nich przebywających;

• renowacje i wzmacnianie kominów, zbiorników na ciecze, silosów na materiały sypkie, konstrukcji hal przemysłowych, chłodni, estakad, fundamentów pod maszyny itp.;

• głębokie posadowienia w gęstej zabudowie miejskiej;

• nadbudowy i rozbudowy obiektów budowlanych;

• zmiany istniejących układów konstrukcyjnych budowli;

• modernizacje i renowacje budynków zabytkowych;

• renowacje i wzmacnianie konstrukcji częściowo skorodowanych.

Zdarzają się przypadki błędnego wykonywania badań, ocen i opinii budowlanych, w sposób uproszczony, nie przez uprawnionych rzeczoznawców, a inżynierów posiadających tylko uprawnienia budowlane (w sferze konstrukcyjnej) lub przez osoby bez statusu zawodowego (w innych sferach). Do takich przypadków można zaliczyć błędne decyzje o rozbiórkach, m.in. kominów, stropów, ścian, zbiorników, a także ocen geotechnicznych podłoży budowlanych, fizyki budowli, akustyki, renowacji obiektów zabytkowych, korozji, wzmocnień, organizacji procesów budowlanych, materiałów budowlanych itp. Decyzje te wynikają z niedostatecznego rozeznania właściwych przyczyn zniszczenia, zastosowania nieodpowiednich metod badawczych i analitycznych oraz braku należytej wiedzy naukowej i inżynierskiej.

W tej części monografii podano najważniejsze naukowe problemy badań i analiz oraz wnioski wpływające na określanie zasad wykonywania ekspertyz, diagnostyk i ocen wybranych typów obiektów budowlanych, przedstawiane, analizowane i recenzowane przez Komitet Naukowo-Programowy 16 Konferencji Naukowo-Technicznej „Warsztat Pracy Rzeczoznawcy Budowlanego”, konferencji organizowanych od 1995 r. przez Polski Związek Inżynierów i Techników Budownictwa, Politechnikę Świętokrzyską i Instytut Techniki Budowlanej.

W kolejnych rozdziałach przedstawiono diagnostyki, badania i oceny oraz zasady wykonywania ekspertyz. Są to:

• diagnostyki budynków wielkopłytowych posadowionych na terenach górniczych Śląska,

• oceny eksploatowanych obiektów budowlanych w warunkach oddziaływań dynamicznych,

• badania i oceny obiektów budowlanych po pożarze,

• oceny akustyczne obiektów i terenów mieszkaniowych,

• oceny właściwości cieplnych obiektów budowlanych,

• oceny zmian właściwości podłoża budowlanego na skutek oddziaływań środowiska,

• badania i oceny zużycia eksploatowanych łukowych konstrukcji murowych,

• diagnostyki okresowe wybranych współczesnych elewacji budynków,

• oceny bezpieczeństwa i trwałości lekkich ścian osłonowych obiektów budowlanych,

• nieniszczące badania i oceny jakości posadzek budowlanych,

• badania i oceny przydatności eksploatacyjnej i trwałości pokryć dachowych,

• badania i oceny eksploatowanych żelbetowych dźwigarów sprężonych,

• badania i oceny eksploatowanych zbiorników na ciecze,

• oceny bezpieczeństwa rusztowań budowlanych,

• znaczenie norm projektowych w rzeczoznawstwie murów zabytkowych,

• diagnostyki budynków zawierających azbest,

• wiarygodność metod nieniszczących stosowanych w diagnostyce obiektów budowlanych,

• wprowadzanie wyrobów budowlanych na rynek krajowy,

• różnice między opiniami biegłych sądowych a ekspertyzami rzeczoznawców budowlanych,

• odpowiedzialność zawodowa i dyscyplinarna rzeczoznawców budowlanych,

• diagnostyki zapraw murarskich i tynkarskich w budynkach,

• diagnostyka istniejących fundamentów żelbetowych pod nowe silosy stalowe,

• diagnostyka ściągów stalowych w konstrukcji przekrycia dachu nad basenem sportowym,

• diagnostyka i wzmocnienie trzech budynków po pożarze.

Wymienione problemy, badania, zasady, oceny i opinie są oparte na nowoczesnych metodach badawczych, analitycznych i projektowych, stanowiąc cenną podstawę do szerszego stosowania ich w działalności budowlanej.

1

Diagnostyki budynków wielkopłytowych posadowionych na terenach górniczych Śląska

Marian Kawulok[2]

Kazimierz Konieczny[3]

Leszek Słowik[4]

Streszczenie

W rozdziale przedstawiono skutki górniczych deformacji powierzchni mogących powodować zagrożenia bezpieczeństwa konstrukcji budynków wielkopłytowych oraz warunków ich użytkowania. Opisano najczęściej ujawniające się w takich budynkach uszkodzenia i zalecenia dotyczące ich napraw.

1.1. Wprowadzenie

W wyniku podziemnej eksploatacji górniczej następują przemieszczenia elementów górotworu, które powodują deformacje powierzchni. W zależności od uwarunkowań geologiczno-górniczych mogą to być deformacje o charakterze ciągłym lub nieciągłym. Eksploatacja górnicza może też być związana z powstawaniem zjawisk parasejsmicznych w górotworze, zwanych wstrząsami górniczymi. Na powierzchni objawiają się one w postaci drgań podłoża. W konsekwencji budynki zlokalizowane w obszarach ujawniania się wpływów eksploatacji górniczej są narażone na tzw. oddziaływania górnicze [1].

Przedmiotem niniejszego rozdziału jest omówienie wpływu skutków oddziaływań górniczych na istniejące budynki wielkopłytowe, w których na skutek tych oddziaływań mogą powstać zagrożenia bezpieczeństwa konstrukcji lub warunków użytkowania. Na podstawie doświadczeń zebranych z zachowania się budynków wzniesionych w różnych systemach budownictwa wielkopłytowego na terenach górniczych przedstawiono:

• skutki oddziaływań górniczych w budynkach wielkopłytowych,

• możliwe przypadki zagrożenia bezpieczeństwa budynków wielkopłytowych lub warunków ich użytkowania,

• schemat metodyki postępowania dotyczącej oceny stanu technicznego budynków wielkopłytowych wraz z technicznymi sposobami usunięcia występujących zagrożeń,

• zalecane sposoby wzmocnień warstw fakturowych.

Niniejszy rozdział powstał na podstawie opracowania wydanego przez ITB w 2002 r.: Budynki wielkopłytowe podlegające wpływom górniczych deformacji terenu. Seria: Budynki Wielkopłytowe. Wymagania Podstawowe, zeszyt 2 (autorzy: Kawulok M, Selańska-Herbich K.). Rozdział jest częściowo aktualizacją tego opracowania, a częściowo jego rozszerzeniem.

1.2. Charakterystyka budynków wielkopłytowych wzniesionych na terenach górniczych Śląska

Budynki wielkopłytowe stanowią dominującą część zabudowy osiedli mieszkaniowych wzniesionych w latach 1965–1990 na terenach górniczych. Zrealizowano je w różnych systemach technologiczno-konstrukcyjnych, na ogół o pięciu lub jedenastu kondygnacjach nadziemnych. Do najczęściej spotykanych na terenie Górnośląskiego Okręgu Przemysłowego (GOP) należą:

• płyta NRD wykonywana początkowo, na przełomie lat 60. i 70., w wersji podstawowej IW-66/P2, a później w unowocześnionych odmianach tego systemu: ZSP-2, FADOM-T i FADOM-Żory;

• wykonywane w latach 70. i 80. budynki systemu:

– W-70/SG i jego wersja Wk-70/SG,

– DOMINO-68 i OWT-67, w których zrealizowano część zabudowy niższej, głównie budynków pięciokondygnacyjnych;

• budynki systemu Szczecin realizowane w latach 80.

Budynki systemu płyta NRD były realizowane praktycznie tylko w obszarze GOP. W celu ich przystosowania do przejmowania skutków oddziaływań górniczych, w stosunku do pierwotnego, źródłowego rozwiązania, wprowadzono odpowiednie modyfikacje konstrukcyjne. W początkowych rozwiązaniach nie były one jednak w pełni satysfakcjonujące, szczególnie w zakresie oceny wytężenia złączy elementów ściennych i stropowych [2]. Budynki wykonane w pozostałych systemach są zasadniczo zgodne z rozwiązaniami stosowanymi w całym kraju [3, 4]. Także w tych przypadkach wprowadzano modyfikacje konstrukcyjne dotyczące w szczególności kształtowania obrzeży elementów prefabrykowanych i konstrukcji styków (w systemach W-70 i Wk-70 modyfikacje te zaznaczono symbolem SG).

Konstrukcję budynków wielkopłytowych wykonanych na terenach górniczych GOP można w pewnym uogólnieniu scharakteryzować następująco:

• budynki w większości zostały wzniesione w zabudowie wielosegmentowej, o długości niezależnych konstrukcyjnie segmentów do 30 m, posadowionych na układzie żelbetowych ław fundamentowych lub płycie fundamentowej, o wysokości pięciu lub jedenastu kondygnacji, rzadziej realizowane jako punktowce, natomiast rzadko realizowane były punktowce o większej liczbie kondygnacji;

• rozmieszczenie ścian nośnych i usztywniających jest regularne (zbliżone do symetrycznego), z ciągłą podłużną ścianą usztywniającą;

• kondygnacje piwniczne skonstruowane są w formie sztywnej skrzyni – o monolitycznych żelbetowych ścianach oraz monolitycznych stropach, rzadziej o stropach z płyt prefabrykowanych (na ogół zmonolityzowanymi zbrojoną warstwą nadbetonu); były także nieliczne realizacje ścian piwnic wykonanych w konstrukcji prefabrykowanej;

• stropy kondygnacji nadziemnych wykonane jako prefabrykowane, niekiedy wzmocnione warstwą zbrojonego nadbetonu;

• prefabrykowane elementy ścian konstrukcyjnych i stropów kondygnacji nadziemnych monolityzowane poprzez wzajemne ich zespolenie za pomocą odpowiednio wykształconych i skonstruowanych połączeń – o zróżnicowanych rozwiązaniach w poszczególnych systemach;

• w poziomach stropów, wzdłuż ścian obwodowych i nośnych wykształcone monolityczne wieńce żelbetowe;

• zewnętrzne ściany podłużne i ściany szczytowe kondygnacji nadziemnych w systemie OWT, W-70 i Wk-70/SG wykonywane jako konstrukcyjne i osłonowe – trójwarstwowe, ocieplenie warstwą styropianu lub wełny mineralnej grubości 5–6 cm;

• zewnętrzne ściany w systemie szczecińskim S-Sz samonośne oraz ściany szczytowe w wariantowym rozwiązaniu jako jednowarstwowe lub trójwarstwowe;

• budynki o wysokości większej niż pięć kondygnacji wyposażone w dźwigi osobowe.

1.3. Skutki oddziaływania eksploatacji górniczej w budynkach wielkopłytowych

Proces pełnego przejścia niecki obniżeń pod dwusegmentowym budynkiem objaśniono na rysunku 1.1, na którym wyróżniono pięć charakterystycznych położeń budynku [1].

Położenie

I

II

III

IV

V

Szerokość przerwy dylatacyjnej

Szerokość wyjściowa s

Zwiększenie szerokości przerwy o wysokość:

– dołem:

– górą:

Szerokość przerwy wraca do wartości wyjściowej s

Zmniejszenie szerokości przerwy o wartość:

– dołem:

– górą:

Szerokość przerwy wraca do wartości wyjściowej s

Wymagana szerokość wyjściowa przerwy dylatacyjnej:

Rys. 1.1. Charakterystyczne położenia budynku na niecce obniżeniowej: r – promień rozproszenia wpływów [1]; s – szerokość przerwy dylatacyjnej; L₁, L₂ – długości segmentów; H – wysokość budynku; pozostałe objaśnienia w tekście

W wyniku przejścia niecki górniczej teren ulega obniżeniu o wartość wmax, co jest związane z pionowym przemieszczeniem budynku z położenia I do położenia V. W położeniach pośrednich II i IV segmenty podlegają oddziaływaniom wartości poziomych odkształceń (ε⁺max, ε⁻max) i krzywizny terenu o promieniu (R⁺min, R⁻min), powodujących ekstremalne siły w konstrukcji. W wyniku wzajemnych przemieszczeń segmentów powodowanych wpływem deformacji w położeniach tych występują ekstremalne zmiany szerokości przerw dylatacyjnych – w położeniu II zwiększenie, a w położeniu IV zmniejszenie szerokości przerwy. W położeniu III następuje natomiast maksymalne nachylenie terenu Tmax.

Oddziaływania powodowane wstrząsami górniczymi wywołują poziomą siłę składową H, która zależy od ciężaru budynku G, przyspieszenia drgań podłoża ap oraz cech dynamicznych obiektu (rys. 1.2) [1]. Powodują one w budynkach wielkopłytowych głównie intensyfikację istniejącego zarysowania złączy, rzadko wystąpienie uszkodzeń elementów konstrukcyjnych.

Rys. 1.2. Oddziaływanie wstrząsów górniczych na obiekt

Zwykle nie lokalizuje się budynków wielkopłytowych na terenach zagrożonych deformacjami nieciągłymi lub prognozowanymi oddziaływaniami niecki obniżeniowej o dużej intensywności w odniesieniu do poziomych odkształceń ε, promienia wygięcia R lub nachylenia terenu T, odpowiadających V kategorii terenów górniczych [5]. W przypadku zaistnienia tego rodzaju sytuacji skutki występujące w budynkach wymagają każdorazowo indywidualnych analiz.

Obserwacje budynków wzniesionych w systemach budownictwa wielkopłytowego wskazują, że do najważniejszych skutków oddziaływań górniczych należą:

• uszkodzenia konstrukcji nośnej i wypełniającej w strefach przydylatacyjnych, będące efektem wzajemnych oddziaływań segmentów w następstwie nieprawidłowego stanu przerw dylatacyjnych, w tym również powodowanych prowadzeniem robót montażowych sąsiadujących segmentów w trakcie ujawniania się deformacji terenu;

• wychylenia budynków od pionu o wielkościach bardzo często przekraczających 10%, wynikające zazwyczaj z sumowania się wpływów wielokrotnie prowadzonych eksploatacji górniczych;

• rysy w połączeniach elementów prefabrykowanych, zwłaszcza w poziomych złączach elementów podłużnych ścian osłonowych z płytami stropowymi oraz w pionowych złączach elementów tych ścian i poprzecznych ścian nośnych – na ogół intensywniejsze niż obserwowane na terenach pozagórniczych;

• zarysowania konstrukcji monolitycznych ścian kondygnacji piwnicznych.

Potencjalnie istnieje także zagrożenie utratą nośności zamocowania płyt warstwowych do konstrukcji nośnej budynków, a także zamocowań w trójwarstwowych konstrukcjach prefabrykatów ściennych, powodowane głównie siłami wynikającymi z oddziaływania wstrząsów górniczych, a także odkształceniem konstrukcji nośnej budynku w przypadku przechodzenia niecki górniczej. Tego rodzaju przypadków dotychczas jednak nie odnotowano.

1.4. Przypadki zagrożenia bezpieczeństwa budynków wielkopłytowych na skutek wpływów górniczych

1.4.1. Nieprawidłowe stany przerw dylatacyjnych

Jednym z podstawowych wymogów bezpiecznego przejmowania oddziaływań górniczych przez budynki wielosegmentowe jest poprawne ukształtowanie przerw dylatacyjnych zapewniające niezależną pracę konstrukcji sąsiadujących segmentów w każdym stadium rozwoju niecki górniczej. Oznacza to, że szerokości przerw dylatacyjnych s powinny być ustalone z uwzględnieniem możliwych przemieszczeń sąsiadujących segmentów określonych na rysunku 1.1. Jednocześnie przerwy dylatacyjne powinny być skonstruowane w jednej płaszczyźnie pionowej – na całej wysokości każdego budynku, a przestrzenie ich prześwitów powinny być puste. Niedotrzymanie tych warunków, a w szczególności:

• zanieczyszczenia przestrzeni przerw dylatacyjnych gruzem betonowym lub innymi odpadowymi materiałami budowlanymi – powszechnie stwierdzane w budynkach wzniesionych do połowy lat 80.;

• niewystarczające szerokości przerw dylatacyjnych – najczęściej wynikające z wykonania dylatacji niezgodnie z dokumentacją projektową lub z wystąpienia bardziej niekorzystnych deformacji niż przyjęte jako dane wyjściowe do projektowania;

• zmniejszenie szerokości prawidłowo zaprojektowanych przerw dylatacyjnych na skutek prowadzenia montażu poszczególnych segmentów w różnym czasie ujawniania się deformacji terenu;

są głównymi przyczynami uszkodzeń budynków wielkopłytowych na skutek przekroczenia nośności elementów konstrukcyjnych lub osłonowych.

Poniżej przedstawiono przykłady oddziaływania sąsiadujących segmentów w obrębie przerw dylatacyjnych spowodowane niewłaściwym ich wykonaniem lub za małą szerokością.

Uszkodzenia przydylatacyjnych ścian w jednym pomieszczeniu lub uszkodzenia przydylatacyjnych elementów ścian osłonowych można wiązać z jednoznacznie umiejscowionymi strefami kontaktu, będącymi głównie następstwem lokalnie niedrożnych przestrzeni przerw dylatacyjnych (rys. 1.3). Przypadki takie wynikają zazwyczaj ze względów wykonawczych.

Rys. 1.3. Oddziaływanie segmentów na skutek niewłaściwie wykonanej przerwy dylatacyjnej

Uszkodzenia znaczniejszych obszarów konstrukcji mogą być efektem wzajemnych oddziaływań segmentów na skutek:

• za małych zaprojektowanych lub wykonanych szerokości przerw (rys. 1.4);

• zanieczyszczenia przerw na znacznej wysokości (rys. 1.5);

• niewłaściwie wykonanych przerw dylatacyjnych na całej wysokości (rys. 1.6);

• niedokładności wykonawczych w strefach posadowienia sąsiadujących segmentów, szczególnie w przypadku zróżnicowania tego posadowienia (rys. 1.7).

Rys. 1.6. Niewłaściwie wykonana przerwa dylatacyjna na całej wysokości (posadowienie segmentów na różnych poziomach)

Zakresy i rozmiary uszkodzeń mogą ulegać znacznym intensyfikacjom, gdy sąsiadujące segmenty są posadowione na różnych poziomach (rys. 1.6 i 1.7). Wtedy bowiem poziome oddziaływania, w tym w szczególności z fundamentów lub stropów jednego segmentu, mogą być przekazywane na ściany przydylatacyjne drugiego segmentu, powodując ich zginanie w kierunku prostopadłym do płaszczyzn nośnych, co przykładowo zilustrowano na rysunku 1.7.

Jako efekt wzajemnego oddziaływania segmentów wskutek niewłaściwego stanu przerw oprócz uszkodzeń ścian przydylatacyjnych występują często także uszkodzenia stropów w partiach przylegających do dylatacji. Tego rodzaju uszkodzenie stropu przedstawiono na rysunku 1.8.

Rys. 1.7. Możliwe skutki oddziaływania segmentów przy różnym poziomie posadowienia: a) schemat oddziaływania; b) szczegół A (w poziomie fundamentów); c) szczegół A (na wysokości ściany piwnic)

Rys. 1.8. Uszkodzenia stropu piwnic w partiach przydylatacyjnych

Dodatkowe niekorzystne wpływy mogą mieć posadowienia sąsiadujących segmentów chociażby na małej pochyłości terenu, gdy niedokładności wykonania przerw dylatacyjnych mogą się nałożyć na niedokładności wykonania posadowienia obiektów. Przykład taki widać na rysunku 1.9, gdzie czynnikiem łagodzącym wzajemne oddziaływanie segmentów była podatna izolacja cieplna założona między konstrukcją nośną warstwowych ścian przydylatacyjnych.

Rys. 1.9. Segmenty budynku na małej pochyłości terenu – posadowione na różnych poziomach: obrys projektowany (−), obrys rzeczywisty (▬)

Wzajemne oddziaływanie sąsiednich segmentów, szczególnie w poziomie górnych kondygnacji, może także następować na skutek montażu ich konstrukcji w czasie prowadzenia eksploatacji górniczej.

Występowanie bowiem w okresie realizacji budynków nierównomiernych obniżeń terenu oraz towarzyszących zmian ich nachyleń powoduje, że przy prawidłowym (do pionu i poziomu) wykonywaniu każdej kondygnacji w efekcie końcowym nie uzyska się prostoliniowości krawędzi pionowych budynków oraz równoległości wszystkich ich stropów. W efekcie po wybudowaniu kształt budynków może na przykład odpowiadać schematowi przedstawionemu na rysunku 1.10. Jeżeli sąsiadujący segment nie był realizowany w podobnych warunkach, to może następować zmniejszenie szerokości przerw dylatacyjnych, a w konsekwencji wzajemne oddziaływanie konstrukcji.

Rys. 1.10. Budynek wykonany przy zmieniającym się nachyleniu terenu: a – budynek po wykonaniu, b – budynek po powrocie terenu do poziomu, c – budynek prawidłowy, d – budynek wychylony do wartości Td (warunki realizacji obiektu podane są w [1])

Każdy przypadek niewłaściwego stanu przerw dylatacyjnych z uwagi na możliwe zagrożenia nośności konstrukcji w strefach przydylatacyjnych segmentów wymaga indywidualnej analizy.

1.4.2. Wychylenia budynków od pionu

Nieuniknionym efektem wpływu nachyleń terenu wynikających z górniczej niecki obniżeń są wychylenia budynków. Mogą to być:

• wychylenia o charakterze przejściowym – towarzyszące procesowi pełnego przejścia niecki obniżeń pod budynkiem;

• wychylenia o charakterze trwałym – wynikające z ustalonego nachylenia terenu powodowanego wykształceniem się obrzeża niecki górniczej pod budynkiem, gdy front eksploatacji zatrzyma się względem budynku w odległości mniejszej od promienia rozproszenia wpływów r (rys. 1.11), a najczęściej, gdy taka sytuacja się powtarza.

Rys. 1.11. Wychylenie budynku na krawędzi eksploatacji kilku pokładów: β, ri – kąt i promień zasięgu wpływów głównych; wmi, Tb,mi – obniżenie terenu i wychylenie obiektu od eksploatacji kolejnych pokładów [1]

W istniejących budynkach wielkopłytowych na terenach górniczych, o wysokości pięciu i jedenastu kondygnacji, nierzadko są stwierdzane trwałe wychylenia przekraczające 15‰, a są także budynki jedenastokondygnacyjne o wychyleniu ok. 30‰.

Wychylenia budynków od pionu powodują w konstrukcji powstawanie dodatkowych sił poziomych jako składowych od obciążeń pionowych. Siły poziome oddziałują każdorazowo na całe budynki i muszą być przeniesione przez ich układy nośne, przy zachowaniu wymaganych warunków stateczności i wytrzymałości [6]. Zagrożenia wynikające z wychyleń zależą od cech geometryczno-konstrukcyjnych budynków, stanu technicznego oraz wielkości wychyleń.

Wychylenia budynków mają szczególnie niekorzystny wpływ na ich wartości użytkowe, co objawia się w codziennej uciążliwości wynikającej na przykład z nachylenia podłóg i posadzek, a także związanych z tym trudności lokomocyjnych oraz z zaburzeń w prawidłowym funkcjonowaniu drzwi i okien mogących powodować także osłabienie ich szczelności. Mogą one powodować również zakłócenia pracy różnych urządzeń technologicznych stanowiących wyposażenie budynków, względnie przyspieszenie ich zużycia. W budynkach mieszkalnych dotyczy to głównie dźwigów (osobowych i towarowo-osobowych).

1.4.3. Rysy w elementach konstrukcyjnych i złączach elementów prefabrykowanych

Oddziaływania górnicze wynikające w szczególności z wygięcia terenu o promieniu R, a także ze wstrząsów górniczych mają istotny wpływ na warunki przestrzennej pracy budynków wielkopłytowych. Są one przejmowane przez podstawowe elementy konstrukcyjne: ściany, stropy, wieńce i złącza elementów prefabrykowanych.

Mimo zastosowanych zabezpieczeń konstrukcji na przejęcie oddziaływań wynikających z wpływów górniczych nierzadko są obserwowane uszkodzenia budynków, głównie w formie zarysowania złączy elementów prefabrykowanych kondygnacji, a w mniejszym stopniu także monolitycznych ścian piwnic.

Przykład zarysowania nośnej ściany poprzecznej budynku wielkopłytowego typu płyta NRD – IW66/P2, poddanej oddziaływaniu wypukłej krzywizny terenu o promieniu R, przedstawiono na rysunku 1.12 (budynek był projektowany na oddziaływania górnicze odpowiadające III kategorii terenu górniczego; w piwnicach wykonano ściany monolityczne).

Rys. 1.12. Przykład uszkodzenia wyginanej ściany poprzecznej budynku z oznaczeniem szerokości rozwarcia występujących zarysowań; R – promień wygięcia terenu

Złącza elementów prefabrykowanych w budynkach wielkopłytowych na terenach górniczych pracują w złożonym stanie obciążeń.

W złączach pionowych siłom ścinającym towarzyszą zazwyczaj siły normalne – rozciągające lub ściskające, o wartościach mających wpływy na warunki pracy złączy. Działania sił rozciągających powodują zwiększenie rozwartości rys wynikających z działania sił ścinających. Szczególnie niekorzystne konsekwencje w postaci znacznych zarysowań występują przy braku dyblowych kształtów obrzeży elementów prefabrykowanych oraz odpowiednich łączników do przenoszenia normalnych sił rozciągających.

W budynkach podlegających wpływom ukośnej krzywizny terenu powodującej przestrzenne deformacje bryły odpowiadające stanowi jej skręcania, w złączach poziomych, głównie ściana–strop, występują siły ścinające. Początkowe realizacje budynków wielkopłytowych nie uwzględniały takich obciążeń. W konsekwencji, przy konstruowaniu samonośnych podłużnych ścian, bez właściwego, odpowiednio zdyblowanego połączenia z płytami stropowymi poprzez wieńce, nośności złączy w tych miejscach były zdecydowanie mniejsze od sił powodowanych skręceniem budynku posadowionego na terenie III kategorii [2]. Uszkodzenia tego rodzaju są dość powszechne, lecz nie mają znaczącego wpływu na bezpieczeństwo budynków.

Według [7] wstrząsy górnicze w budynkach o konstrukcjach tradycyjnych, zlokalizowanych na terenach, na których wydobywa się węgiel kamienny, w zależności od przyspieszenia mogą wywoływać:

• nieznaczną intensyfikację istniejących uszkodzeń elementów niekonstrukcyjnych, przy ap = 300–600 mm/s²;

• powstanie nowych uszkodzeń niekonstrukcyjnych przy ap = 600–900 mm/s²;

• lekkie uszkodzenia elementów konstrukcyjnych przy ap = 900–1300 mm/s²;

• uszkodzenia konstrukcyjne przy ap > 1300 mm/s².

Natomiast obserwacje budynków wielkopłytowych na Śląsku wykazały, że na skutek wstrząsów pojawiają się zarysowania złączy, głównie pionowych, odspojenia płyt osłonowych od elementów konstrukcji nośnej, może także następować intensyfikacja istniejącego stanu zarysowania.

Intensywniejsze uszkodzenia budynków, w tym także wykonanych w konstrukcji wielkopłytowej, obserwuje się w LGOM, gdzie jest wydobywana miedź.

Oceny rys ujawniających się na skutek wpływów górniczych można dokonywać podobnie jak na terenach niegórniczych, czyli według [8].

1.5. Oceny stanów technicznych budynków

1.5.1. Procedury diagnostyczne

Oceny stanów technicznych wzniesionych budynków wielkopłytowych są wyjściowym zadaniem określenia ich aktualnego bezpieczeństwa. W budynkach zlokalizowanych na terenach górniczych, oprócz ogólnych prac przewidywanych w tym zakresie [8], należy przeprowadzać procedurę diagnostyczną stanu technicznego budynków z uwagi na wpływ eksploatacji górniczej. Uwzględniając specyfikę terenów górniczych w procedurze tej wyróżnia się czynności zgodne ze schematem pokazanym na rysunku 1.13. W zależności od uwarunkowań górniczych zagadnienia te należy każdorazowo rozpatrywać dla jednej z następujących sytuacji:

1) budynek podlegał oddziaływaniom górniczym i w przyszłości już nie przewiduje się tego rodzaju oddziaływań;

2) budynek podlegał oddziaływaniom górniczym i w dalszym ciągu (lub ponownie) będzie narażony na te oddziaływania;

3) budynek dotychczas nie podlegał oddziaływaniom górniczym, lecz w bliskiej przyszłości należy się ich spodziewać.

Rys. 1.13. Procedura diagnostyczna obiektów posadowionych na terenach górniczych

W sytuacji 1) konieczne jest przede wszystkim rozważenie potrzeby i sposobu usunięcia zaistniałych skutków, a w sytuacji 3) – potrzeby sprawdzenia bezpieczeństwa konstrukcji na prognozowane oddziaływania górnicze. Natomiast w sytuacji 2) wymagane jest rozważenie obydwu tych problemów.

1.5.2. Oceny skutków eksploatacji górniczych

Konstrukcje budynków należy rozpatrywać w zależności od rodzaju zagrożeń omówionych w podrozdziale 1.4 oraz w przedstawionych wyżej sytuacjach 1)–3) wynikających z warunków górniczych.

Nieprawidłowe stany przerw dylatacyjnych

Należy pamiętać, że skutki nieprawidłowych stanów przerw dylatacyjnych występują w budynkach zasadniczo w trakcie ujawniania się wpływów eksploatacji górniczej, gdy następuje zaciskanie przerw dylatacyjnych, co odpowiada położeniu IV na niecce górniczej (rys. 1.1). Z tych względów w budynkach, które narażone już były na wpływy eksploatacji górniczej, zagrożenie tego rodzaju zostało już usunięte.

W celu zapobiegania powstawaniu uszkodzeń konstrukcji budynków spowodowanych niewłaściwym stanem przerw dylatacyjnych, przy niemożliwości lub przewidywanej nieskuteczności rekonstrukcji ścian przydylatacyjnych, wykonywano zabiegi profilaktyczne polegające na:

• zapewnieniu wymaganych szerokości przerw dylatacyjnych przez:

– usunięcie zanieczyszczeń prześwitów przerw dylatacyjnych; prace te wykonywano za pomocą specjalnego urządzenia działającego na zasadzie piły [9], na przykład w budynkach w Jastrzębiu na Śląsku, a także w LGOM;

– ograniczenie możliwości zwierania się przerw dylatacyjnych w poziomie fundamentów dzięki zakładaniu korków dębowych w poziomie fundamentów;

– rozsunięcie segmentów za pomocą siłowników hydraulicznych; jest to trudne w realizacji, lecz sprawdzone już w praktyce [10];

• zastosowaniu profilaktyki górniczej [11] prowadzącej do zmniejszenia intensywności prognozowanych deformacji terenu, na przykład przez ograniczenie zakresu planowanych robót górniczych, zmianę systemu wybierania lub zmianę kierunku postępu robót górniczych.

Obecnie nie podejmuje się już pierwszej – „dziewiczej” eksploatacji pod budynkami wielkopłytowymi. W takim przypadku analizy wymagają przede wszystkim sytuacje 1) i 2).

Jeżeli w sytuacji 1), gdy budynek w przyszłości nie będzie już podlegał oddziaływaniom górniczym, stwierdzone uszkodzenia spowodowane nieprawidłowym stanem przerw dylatacyjnych wymagają oceny bezpieczeństwa konstrukcji. Wiąże się to z koniecznością wykonania analiz statyczno-wytrzymałościowych na ogólnie przyjętych zasadach. Wynikiem analiz powinno być wskazanie sposobów doprowadzenia uszkodzonych części konstrukcji do stanu zgodnego z wymaganiami bezpieczeństwa. Sposoby te mogą polegać na usunięciu istniejących uszkodzeń lub wzmocnieniu konstrukcji.

W sytuacji 2), w odniesieniu do skutków dokonanej eksploatacji górniczej, należy przyjąć analogiczny sposób postępowania jak w sytuacji 1). Trzeba jednak pamiętać, że w wyniku planowanej eksploatacji górniczej będą następować zmiany szerokości przerw dylatacyjnych, zgodnie z zasadami podanymi na rysunku 1.1. Wnioski wynikające z takich analiz należy więc uwzględniać także przy opracowywaniu sposobu usuwania zaistniałych zagrożeń. W konsekwencji może być konieczne zastosowanie odpowiednich metod ingerencji w konstrukcję lub zastosowanie profilaktyki górniczej polegającej na zmniejszeniu prognozowanych deformacji terenu [11].

Podobnie należy postępować w ewentualnych przypadkach wystąpienia sytuacji 3), przy niewystarczającej szerokości przerw dylatacyjnych w stosunku do prognozowanych ruchów segmentów lub przy nieprawidłowym – wyjściowym stanie tych przerw.

Poniżej podano przykład współczesnej diagnostyki przestrzeni dylatacyjnej przeprowadzonej w ramach opracowania [12]. Brak możliwości oględzin przerw dylatacyjnych w czterosegmentowym budynku jedenastokondygnacyjnym spowodował konieczność zastosowania metody georadarowej (GRP) realizowanej przez Główny Instytut Górnictwa. Metoda georadarowa wykorzystuje zjawisko propagacji impulsów elektromagnetycznych o wysokiej częstotliwości (50 MHz–2 GHz) do odwzorowania zmienności właściwości impulsów elektrycznych ośrodków materialnych, w tym geologicznych i budowlanych. Badania tą metodą są często wykorzystywane do diagnostyki i inwentaryzacji struktury konstrukcji budowlanych oraz ich podłoży, w tym struktur tektonicznych i geologicznych, jak płaszczyzny uskoków, progi, szczeliny i inne.

Pomiary georadarowe wykonano cyfrową aparaturą SIR-3000 wyprodukowaną przez amerykańską firmę Geophysical Survey Systems Inc., z wykorzystaniem anten o częstotliwościach nośnych 400 i 1000 MHz (rys. 1.14).

Rys. 1.14. Pomiar georadarem przestrzeni dylatacyjnej między przegrodami pionowymi, realizowany w jednym z mieszkań

W pomieszczeniach mieszkalnych powierzchnia ścian, po których przesuwano antenę, była gładka (rys. 1.14). Wykonane rejestracje były pozbawione zakłóceń. W pomieszczeniach piwnicznych powierzchnie pomiarowe były nierówne (częściowo żelbet, częściowo cegła). Powodowało to powstawanie refleksów zakłócających przy przechodzeniu anteny po nierównościach. Do oceny geometrii dylatacji konieczne jest dysponowanie rejestracjami wykonanymi na tej samej ścianie konstrukcji na poziomie piwnic i pomieszczeń mieszkalnych na wyższych piętrach budynków.

Wszystkie rejestracje radarowe wykonano w warunkach, w których badane fragmenty konstrukcji miały taką samą strukturę geometryczną, którą geofizycznie można opisać modelem czterowarstwowym (rys. 1.15).

Rys. 1.15. Schematy pomiarów radarowych w układzie pionowym (po lewej) i poziomym (po prawej) przekrojów konstrukcji. Oznaczenia: T R – nadawczo-odbiorczy przetwornik antenowy, 1 – ściany konstrukcji budowlanej – beton, cegła, 2 – powietrze, 3 – materiał wypełniający dylatację

Przekroje konstrukcji w obrazie głębokościowych sekcji radarowych profili wykonanych w pomieszczeniu mieszkalnym na 10. piętrze i piwnicy segmentu przedstawiono na rysunkach 1.16 i 1.17 (poziomy) oraz 1.18 i 1.19 (pionowy). Obrazują one stan dylatacji między segmentami.

Profil poziomy (rys. 1.16) poprowadzono na wysokości ok. 1,2 m nad podłogą od ściany działowej w środku budynku do narożnika ściany zewnętrznej budynku (od prawej do lewej).

Ogólnie, na całej długości profilu przestrzeń dylatacji jest pusta. Na falogramie zaznaczono jedynie pierwszy odcinek od 0 do ok. 0,30 mb, gdzie może się znajdować wypełnienie w postaci izolacji wykonanej z supremy, niemniej jest ono niewidoczne z uwagi na zakłócenie boczne pochodzące od stalowej rury CO. Widoczne na ok. 3,80 mb profilu zakłócenie prawdopodobnie jest związane z obecnością przewodu eN w prześwietlanej ścianie.

Rys. 1.16. Głębokościowa sekcja radarowa profilu poziomego stropu w mieszkaniu na 10. piętrze

Rys. 1.17. Głębokościowa sekcja radarowa profilu poziomego stropu w piwnicy

Z kolei profil poziomy (rys. 1.17) w kondygnacji piwnicznej pokazuje, że horyzont odpowiadający położeniu drugiej ściany budynku jest w wielu miejscach poprzerywany, co może świadczyć o obecności w przestrzeni dylatacji różnych materiałów i odpadów wypełniających jej przestrzeń.

Profil pionowy (rys. 1.18) wykonano w tym samym pomieszczeniu na 1. piętrze, w części położonej bliżej środka budynku (ok. 4,10 mb profilu poziomego – rys. 1.16). Podobnie jak dla profilu poziomego wyznaczona szerokość szczeliny dylatacyjnej wynosi ok. 16–17 cm. W linii przebiegu profilu nie zaznacza się obecność wypełnienia szczeliny.

Na podstawie przeprowadzonych badań i obserwacji stwierdzono, że szczeliny dylatacyjne między segmentami budynku w poziomie piwnic mają zanieczyszczenia w postaci gruzu betonowego oraz resztek materiałów budowlanych z procesu budowy i termomodernizacji budynku. Z poziomu 10. piętra zaobserwowano ponadto wypełnienie przerw dylatacyjnych supremą, szczególnie w strefie elewacji budynku. Szczelina dylatacyjna między segmentami w poziomie niższych kondygnacji była miejscami zawężona. W jednym miejscu stwierdzono zawężenie do ok. 3 cm.

Przytoczony przykład dotyczy diagnostyki szczelin dylatacyjnych, w odniesieniu do których nie ma możliwości oceny makroskopowej (zamurowane w płaszczyźnie pionowej i poziomej w przejściach korytarzowych lub osłonięte od zewnątrz osłonami).

W innym przypadku, dla segmentów, których przerwa dylatacyjna miała szerokość ok. 40 cm, zastosowany został skaner laserowy wprowadzony w szczelinę między segmentami, co pokazano na rysunku 1.20.

Rys. 1.20. Aparatura do pomiaru szczeliny dylatacyjnej za pomocą skanera laserowego ze specjalnie przygotowanego pomostu

Na podstawie przeprowadzonych pomiarów otrzymano profil pionowy (rys. 1.21) oraz poziomy dla każdej szczeliny dylatacyjnej. Z profili tych można odczytać m.in. szerokość szczeliny dylatacyjnej.

Rys. 1.21. Schemat pomiaru szczeliny dylatacyjnej za pomocą skanera laserowego ze specjalnie przygotowanego pomostu

Na rysunku 1.21 przedstawiono profil pionowy przerwy dylatacyjnej. Kolorem niebieskim zaznaczono wewnętrzną powierzchnię wełny mineralnej ocieplającej szczelinę w płaszczyźnie elewacji oraz dachu. Kolorem czerwonym zaznaczono elementy niepożądane – jak pozostawione pręty żebrowane z czasu budowy budynku, pokazane także na rysunku 1.22. Czerwona linia w dolnej części rysunku 1.21 ilustruje granicę strefy zanieczyszczeń szczeliny dylatacyjnej w poziomie piwnic.

Rys. 1.22. Pręty montażowe pozostawione z czasu realizacji budynku

Wychylenia budynków

Na podstawie wykonanych już analiz konkretnych przypadków można stwierdzić, że w budynkach o wysokości do 11 kondygnacji, nie wykazujących lokalnych zagrożeń spowodowanych złym stanem technicznym, wychylenia do wartości 30‰ nie mają znaczącego wpływu na warunki pracy konstrukcji [1]. Wnioski takie wyciągnięto z obliczeń budynków konstrukcji wielkopłytowych realizowanych w technologiach wznoszonych na terenach górniczych (płyta NRD, Fadom, Wk-70/SG, Domino – 5 kondygnacji). Potwierdziły to obserwacje zachowania się budynków.

Potrzebę wykonania ocen statyczno-konstrukcyjnych budynków wychylonych muszą zatem każdorazowo podejmować rzeczoznawcy na podstawie ewentualnych objawów zagrożeń stwierdzonych w konstrukcjach, na przykład nadmiernych zarysowań złączy (głównie poziomych, lecz także pionowych), gdy można je interpretować jako efekty tego wychylenia.

W ocenie właściwości użytkowych budynków wychylonych na skutek eksploatacji górniczej można uwzględniać ustalenia wynikające z przejściowych stanów granicznych użytkowalności (PSGU), zgodnie z tabelą 1.1 [13], zawierającą poszczególne parametry deformacji w zależności od stopnia uciążliwości użytkowania budynków.

Tabela 1.1. Uciążliwość użytkowania budynków

Stopień

uciążliwości

Nieodczuwalny

Mały

Średni

Duży

Wychylenie budynku Tb [‰]

≤ 10

10–15

15–20

> 20

Odkształcenie postaciowe ścian Θb [miliradiany]

≤ 1

1–2

2–3

> 3

Trzeba podkreślić, że wartości wychyleń budynków przyjmowane z uwagi na uciążliwość użytkowania powinny także uwzględniać konieczność zapewnienia niezawodnej pracy dźwigów (osobowych i towarowo-osobowych). W przypadku dźwigów typu ODA i MDA, produkowanych w latach 70. przez ZREMB i dość powszechnie montowanych w budynkach wielkopłytowych, z zawodnością ich pracy należy się liczyć przy wychyleniach szybów przekraczających 24‰. Ograniczenie to wynika z dopuszczalnych ugięć prowadnic przeciwwagi oraz możliwości kolizji kabli zasilających z umocowaniami prowadnic kabiny dźwigowej [14]. W przypadku dźwigów osobowych nowszej konstrukcji niezbędna jest indywidualna ocena warunków determinujących niezawodną pracę tych urządzeń.

Obecnie jednak nie ma właściwie zgłoszeń dotyczących eksploatacji dźwigów osobowych. Możliwe jest, że mieszkańcy przyzwyczaili się już do ich użytkowania, przy występowaniu utrudnień w ich eksploatacji, albo windy poddano modernizacji lub wymianie.

Praktycznie jedynym skutecznym sposobem usunięcia nadmiernych uciążliwości użytkowania budynków wychylonych jest doprowadzenie ich do pionu. Najczęściej dokonuje się tego przez wypionowanie nadfundamentowych części budynków za pomocą siłowników hydraulicznych, co wymaga poziomego rozcięcia ścian piwnicznych (rys. 1.23). W ten sposób doprowadzono do pionu już ok. kilkadziesiąt budynków wykonanych w technologiach uprzemysłowionych.

Rys. 1.23. Wypionowanie nadfundamentowej części budynku za pomocą siłowników

W pracy [13] zalecono nieprzekraczanie małej uciążliwości, czyli wychylenia budynku Tb ≤ 15‰. W nawiązaniu do wymienionych wcześniej sytuacji górniczych wymóg ten powinien być spełniony w sytuacji 1). Natomiast występowania w przypadkach 2) i 3) okresowego (przejściowego) wychylenia budynków – w czasie ujawniania się wpływów górniczych – na ograniczony czas można uznać za możliwe dopuszczenie średniej uciążliwości Tb ≤ 20 ‰ [15]. Po ustabilizowaniu się deformacji terenu budynki wychylone powyżej 15‰ także powinny zostać doprowadzone do pierwotnego, pionowego położenia.

Koszt prac związanych z doprowadzaniem budynków wychylonych na skutek robót górniczych do pionowego położenia zawsze pokrywa górnictwo. Z uwagi na dużą liczbę budynków wychylonych ponad 15‰ w praktyce przyjęło się, że prace te należy wykonywać przede wszystkim w budynkach, których wychylenie przekracza wartość 25‰.

Rysy w elementach konstrukcyjnych i złączach elementów prefabrykowanych

Istniejące lub potencjalne zagrożenia sygnalizowane stanem uszkodzeń kondygnacji piwnicznych oraz elementów prefabrykowanych kondygnacji nadziemnych i ich złączy wymaga przeprowadzania obliczeniowych analiz stanów wytężenia konstrukcji. Oddziaływania górnicze można w tych obliczeniach uwzględniać zgodnie z instrukcjami [5, 16].

Jeżeli natomiast stany uszkodzeń nie stanowią zagrożeń konstrukcji, a jedynie mają wpływ na warunki użytkowe i estetykę pomieszczeń budynków, to należy je usunąć na ogólnych zasadach, podanych w opracowaniu [8].

Nawiązując do przyjętych sytuacji górniczych, względy użytkowe wymagają, aby:

• w sytuacji 1) wszystkie uszkodzenia spowodowane wpływami eksploatacji górniczej zostały usunięte, na ogólnie znanych zasadach;

• w sytuacji 2) istniejące uszkodzenia złączy elementów konstrukcyjnych o uciążliwości kwalifikowanej jako mała oraz złączy elementów niekonstrukcyjnych o uciążliwości kwalifikowanej jako średnia mogą okresowo pozostać, a po ustąpieniu wpływów górniczych należy je usunąć;

• w sytuacjach 2) i 3) przy analizie prognozowanych wpływów eksploatacji górniczej należy przyjmować wartości odkształceń postaciowych Θb (rys. 1.24) w obszarze nieodczuwalnej uciążliwości, co powinno zapobiegać występowaniu strukturalnych uszkodzeń konstrukcji.

Rys. 1.24. Zasada wyznaczania kąta odkształcenia postaciowego Θb ([16])

Odkształcenia postaciowe konstrukcji Θb definiuje się jako stosunek pionowych różnic przemieszczeń Δy dwóch punktów konstrukcji odległych od siebie w poziomie o wartość Δx (rys. 1.24), czyli:

[1.1]

Rysy i uszkodzenia w warstwach fakturowych ścian zewnętrznych

W warstwach fakturowych prefabrykatów zewnętrznych ścian warstwowych mogą wystąpić uszkodzenia polegające głównie na zarysowaniach i pęknięciach betonu z powierzchniowymi jego odpryskami i objawami korozji stalowych wieszaków lub zbrojenia warstw fakturowych (widoczne są wówczas charakterystyczne rdzawe wykwity na wierzchniej powierzchni ścian). Jeśli styki między płytami zostały wcześniej wypełnione masami uszczelniającymi, a warstwy fakturowe ścian na skutek niedostatecznych nośności odkształcają się, to w wyniku docisku sąsiadujących ze sobą płyt następują pęcznienia i wyciskania mas uszczelniających takich złączy, a w spoinach obserwuje się ukośne zarysowania fug. Znacznie poważniejszym rodzajem uszkodzeń są wybrzuszenia ich zewnętrznych powierzchni.

Zewnętrzne objawy uszkodzeń struktur ścian zewnętrznych są sygnałem do pilnego przeprowadzenia kontroli stanów technicznych ścian i podjęcia decyzji co do ewentualnego ich wzmocnienia. Podjęcie takich decyzji mogą być przyspieszone koniecznością wykonania dodatkowych dociepleń ścian, zwiększa się bowiem ciężar własny warstw fakturowych ścian, co w niektórych przypadkach może doprowadzić nawet do zmian układu przekazywania obciążeń na wieszaki.

Dodatkowe połączenia w ścianach warstwowych polegają zazwyczaj na wzmocnieniach połączeń zewnętrznych warstw fakturowych ścian z warstwami konstrukcyjnymi poprzez osadzanie w ścianach stalowych łączników (rys. 1.25). Łączniki te służą do przejmowania pionowych obciążeń z warstw fakturowych i przekazywania ich do warstw nośnych ścian.

Rys. 1.25. Przykłady stalowych łączników trzpieniowych w dodatkowych połączeniach ścian warstwowych

Najczęściej spotykanym rozwiązaniem dodatkowych zamocowań w ścianach warstwowych są połączenia realizowane przy użyciu stalowych trzpieni o średnicy 20–35 mm, przechodzące przez zewnętrzną warstwę fakturową i zakotwione w nośnych warstwach ścian.

Łączniki trzpieniowe są osadzane w otworach nawierconych w ścianach warstwowych (rys. 1.26) „na sucho” (otwory „pasowane”) lub poprzez ich wklejanie przy użyciu kompozycji żywicznych.

Rys. 1.26. Dodatkowe połączenia w ścianach warstwowych stalowymi trzpieniami: a) łącznik z trzpieniem osadzonym w pasowanym otworze „na sucho”; b) łącznik z trzpieniem wklejonym w warstwie nośnej

Ideowy schemat najczęściej stosowanego rozwiązania w dodatkowych połączeniach w ścianach warstwowych zilustrowano na rysunku 1.27.

Rys. 1.27. Schemat obciążenia i zamocowania dodatkowego łącznika w ścianie warstwowej

Niezbędne liczby dodatkowych łączników służących do przeniesienia pionowych obciążeń warstw fakturowych do warstw nośnych ścian wyznacza się z zależności [17]:

[1.2]

gdzie: Gd,1 – wartość obliczeniowa obciążenia ciężarem własnym warstwy fakturowej wraz z ciężarem wewnętrznej warstwy termoizolacyjnej, dodatkowej warstwy termoizolacyjnej przy termorenowacji ścian; Gd,2 – wartość obliczeniowa obciążenia ciężarem własnym dodatkowej warstwy termoizolacyjnej przy termorenowacji ścian; NSd – nośność obliczeniowa połączenia wyznaczona z warunku wytrzymałości betonowego podłoża lub ugięcia stalowego łącznika.

Dla połączeń trzpieniowych w zależności od grubości warstw fakturowych i termoizolacyjnych, stanu betonowych podłoży nośność takich zamocowań zazwyczaj waha się od ok. 15 kN do 27 kN na jeden łącznik.

Alternatywą dla stalowych trzpieni w dodatkowych zamocowaniach w ścianach warstwowych stanowi rozwiązanie pokazane na rysunku 1.28.

W rozwiązaniu tym podstawowymi elementami konstrukcyjnymi połączenia warstw fakturowych z nośnymi ścian warstwowych są stalowe ukośnie zamontowane łączniki cięgnowe wykonane z gwintowanych prętów M12. Cięgna ukośne przenoszą obciążenia rozciągające pochodzące od ciężaru własnego warstw fakturowych do warstw nośnych ścian. Cięgna poziome współpracują natomiast przy przenoszeniu obciążeń rozciągających, które mogą wystąpić w przypadku deformacji (odspojenia) warstw fakturowych oraz od oddziaływań wiatrem. Nośność takich połączeń nie przekracza zazwyczaj 45 kN (dla kompletu czterech łączników, tj. po dwa łączniki ukośne i poziome).

Rys. 1.28. Dodatkowe połączenia w układzie kratownicowym

1.6. Podsumowanie

Najważniejszymi problemami związanymi z budownictwem wielkopłytowym, a ogólniej z budownictwem realizowanym w technologiach uprzemysłowionych, zlokalizowanym na terenach górniczych Śląska, są obecnie nadmierne wychylenia wielu budynków, przekraczające często 15‰, czyli odpowiadające małej i większej uciążliwości użytkowania. Według danych Zakładu Ochrony Powierzchni i Obiektów Budowlanych GIG w rejonie Śląska istnieje ok. 1500 budynków nadmiernie wychylonych, które powinny zostać poddane procesowi prostowania. Można oceniać, że ok. 20% z nich, czyli ok. 300 segmentów budynków jest wykonanych w konstrukcjach uprzemysłowionych. Z uwagi na spore koszty wykonawcze operacji prostowania takich budynków górnictwo w istniejącej sytuacji finansowej nie wykonuje tego przedsięwzięcia według potrzeb, zgodnie z zaleceniami [14]. Liczba budynków wykonanych w technologiach uprzemysłowionych i nadmiernie wychylonych pozostaje na tym samym poziomie, bo liczba rocznie wyprostowanych jest równa liczbie kolejno wychylonych na skutek wciąż prowadzonych eksploatacji.

Potrzeba likwidacji nieprawidłowych stanów przerw dylatacyjnych występuje obecnie rzadko, bo skoro budynki już wcześniej podlegały wpływom górniczym, to przerwy dylatacyjne zostały przystosowane do warunków, jakie narzucała projektowana eksploatacja. Sporadycznie mogą aktualnie występować problemy z budynkami, w których wykonano przerwy dylatacyjne o zbyt małej szerokości, a budynki te będą narażone przede wszystkim na wpływy deformacji powodujących zaciskanie tych przerw. Problemy te są na tyle złożone, że podjęcie eksploatacji górniczej w tych warunkach każdorazowo wymaga indywidualnych analiz.

W odniesieniu do istniejącego stanu zarysowania konstrukcji i elementów wykończeniowych należy postępować na ogólnie przyjętych zasadach podanych w [8]. Jeżeli planuje się eksploatację górniczą pod budynkiem, to w celu uniknięcia strukturalnych rys w konstrukcjach należy przeanalizować odkształcenia postaciowe konstrukcji Θb.

Bibliografia

[1] Kawulok M.: Szkody górnicze w budownictwie. ITB, Warszawa 2015.

[2] Analiza statyczno-wytrzymałościowa wpływów eksploatacji górniczej na konstrukcję prefabrykowanych budynków pięciokondygnacyjnych systemu IW 66/P2 (praca niepublikowana). ITB, Oddział w Gliwicach 1973.

[3] Piliszek E., Ciołek W.: Systemy budownictwa mieszkaniowego i ogólnego: W-70, Szczeciński, SBO, SBM-75, WUF-T, OWT-67, WWP. Arkady, 1974.

[4] Dzierżewicz Z., Starosolski W.: Systemy budownictwa wielkopytowego w Polsce w latach 1970–1985: przegląd rozwiązań materiałowych, technologicznych i konstrukcyjnych. Oficyna Wolters Kluwer Business, 2010.

[5] Kawulok M. i in.: Wymagania techniczne dla obiektów budowlanych wznoszonych na terenach górniczych. Seria: Instrukcje, Wytyczne, Poradniki, nr 364, 2007, ITB.

[6] Słowik L.: Wpływ wychylenia budynku na wytężenie konstrukcji w warunkach eksploatacji górniczej. Acta Sci. Pol. Archit., t. 16, nr 3, 2017.

[7] Mutke G. i in.: Zasady stosowania Górniczej Skali Intensywności Sejsmicznej GSIS-2017 do prognozy i oceny skutków oddziaływania wstrząsów indukowanych eksploatacją na obiekty budowlane oraz klasyfikacji ich odporności dynamicznej. Główny Instytut Górnictwa, seria: Instrukcje, nr 23, Katowice 2018.

[8] Szulc J.: Diagnozowanie techniczne budynków wzniesionych w technologiach uprzemysłowionych. Systemy wielkopłytowe: ogólne wytyczne.. Seria: Instrukcje, Wytyczne, Poradniki, nr 496/2018. ITB.

[9] Motyczka A., Wyra S.: Oczyszczenie szczelin dylatacyjnych w wielosegmentowych budynkach mieszkalnych. Zeszyty Naukowe Politechnikiu Śląskiej, zeszyt 60/1985.

[10] Ledwoń J. A.: Budownictwo na terenach górniczych. Arkady, 1983.

[11] Kowalski A.: Deformacje powierzchni w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym. Glówny Instytut Górnictwa, Katowice 2015.

[12] Wykonanie opinii budowlanej dla budynków wielokondygnacyjnych na terenie obszaru górniczego dotyczącej stanu technicznego dylatacji pomiędzy segmentami. Dokumentacja techniczna, Konsorcjum ITB-GIG, Katowice 2018.

[13] Kwiatek J. i in.: Zasady oceny możliwości prowadzenia podziemnej eksploatacji górniczej z uwagi na ochronę obiektów budowlanych. Główny Instytut Górnictwa, seria: Instrukcje, nr 12, Katowice 2000.

[14] Gubrynowicz A., Kawulok M.: Techniczno-użytkowe aspekty wychylenia budynków mieszkalnych na terenach górniczych. Ochrona terenów górniczych, t. 76, 1986.

[15] Kawulok M.: Ocena właściwości użytkowych budynków z uwagi na oddziaływania górnicze. ITB, Warszawa 2000.

[16] Kawulok M.: Projektowanie budynków na terenacj górniczych. ITB, Warszawa 2006.

[17] Konieczny K.: Dodatkowe połączenia warstwy fakturowej z warstwą konstrukcyjną wielkopłytowych ścian zewnętrznych, Seria: Instrukcje, Wytyczne, Poradniki. Nr 374/2002. Budynki wielkopłytowe – wymagania podstawowe. Zeszyt nr 4, ITB, Warszawa 2002.

2

Oceny eksploatowanych obiektów budowlanych w warunkach oddziaływań dynamicznych

Krzysztof Stypuła

Janusz Kawecki[5]

Streszczenie

Celem rozdziału jest przybliżenie problematyki oceny eksploatowanych obiektów budowlanych w sytuacji, w której poddane są one oddziaływaniom dynamicznym. Biorąc pod uwagę zarówno wewnętrzne, jak i zewnętrzne źródła drgań, przedstawiono zasady diagnostyki dynamicznej obiektów budowlanych z przywołaniem odpowiednich uregulowań normowych. Podkreślono wymagania dotyczące zasad wykonywania pomiarów drgań w celach diagnostycznych. Wskazano charakterystyczne uszkodzenia budynków wywołane oddziaływaniami dynamicznymi. Przedstawiono wnioski dotyczące prawidłowego wykonywania ocen budynków poddanych wpływom dynamicznym.

2.1. Wstęp

Oceny eksploatowanych obiektów budowlanych w warunkach oddziaływań dynamicznych, czyli oddziaływań wywołujących drgania konstrukcji tych obiektów (lub elementów konstrukcji), wymagają od rzeczoznawcy budowlanego wiedzy z zakresu statyki budowli, a także umiejętności uwzględnienia specyfiki wpływów dynamicznych. Dotyczy to m.in. zagadnień analizy dynamicznej konstrukcji obiektów budowlanych i obliczania sił bezwładności działających na te konstrukcje pod wpływem drgań (por. [2]), wiedzy z zakresu wykonywania pomiarów drgań i analizy ich wyników (por. [1]), a także kryteriów oceny wpływu drgań na obiekty budowlane (por. [10]).

W ocenie diagnostycznej należy sprawdzić spełnienie odpowiednich wymagań w stanach granicznych nośności (SGN) oraz użytkowalności (SGU). Ocena wpływu drgań na konstrukcję obiektu budowlanego w stanie granicznym nośności polega na obliczeniu sił bezwładności, które dodatkowo obciążają konstrukcję w czasie jej drgań. Te dodatkowe siły uwzględnia się w odpowiednich kombinacjach obciążeń łącznie z obciążeniami statycznymi i sprawdza nośność elementów konstrukcji zgodnie z wymaganiami podanymi w odpowiednich normach budowlanych tak samo jak w przypadku rozważania wyłącznie obciążenia siłami statycznymi. Sposób obliczenia sił bezwładności zależy od tego, jak usytuowane jest źródło drgań wobec obiektu budowlanego. Źródło wewnętrzne to takie, które jest usytuowane bezpośrednio na konstrukcji obiektu (rys. 2.1), a wymuszeniem jest wtedy siła dynamiczna bezpośrednio działająca na obiekt (tzw. wymuszenie siłowe). Zewnętrzne źródło drgań może się znajdować w obrębie obiektu (na oddzielnym fundamencie) albo poza obiektem (rys. 2.1), a drgania są przekazywane na konstrukcję obiektu za pośrednictwem podłoża (tzw. drgania parasejsmiczne), stanowiąc wymuszenie kinematyczne obiektu.

Rys. 2.1. Wewnętrzne i zewnętrzne źródła drgań

Sprawdzenie stanu użytkowalności może się wiązać ze sprawdzeniem wielkości przemieszczeń konstrukcji (np. w przypadku mostów czy stropów), możliwości wystąpienia zjawiska rezonansu, a w przypadku budynków przeznaczonych na stały pobyt ludzi – ze sprawdzeniem warunków dotyczących zapewnienia komfortu wibracyjnego.

Poniżej przedstawiono wybrane informacje dotyczące wymienionych zagadnień. Rozwinięcie niektórych z nich znajduje się na przykład w [3, 4, 9 i 10].

2.2. Sytuacje diagnostyczne w odniesieniu do obiektów budowlanych

Oddziaływania dynamiczne na obiekty budowlane mogą być rozważane zarówno w projektowaniu, jak i w diagnostyce tych obiektów. Różnice w tym zakresie zestawiono w tabeli 2.1, według [9].

Tabela 2.1. Różnice między zadaniami projektowania a diagnozy [9]

Nazwa zadania

Dane

Wyznaczane

Projektowanie

●prognozowane oddziaływania na obiekt

●warunki dotyczące nośności i użytkowalności

●parametry projektowanego obiektu, który ma przenieść prognozowane oddziaływania bez naruszenia zadanych warunków

Diagnoza

●obiekt i jego stan techniczny

●oddziaływania na obiekt

●kryteria diagnostyczne

●odpowiedź na pytanie: czy istnieje związek skutkowo-przyczynowy między stanem technicznym obiektu a występującymi oddziaływaniami

Rozwiązując zadanie projektowania, niezbędne dane do obliczeń w zakresie oddziaływań uzyskuje się przeważnie na podstawie prognozy, warunki zaś dotyczące nośności i użytkowalności przyjmuje się na podstawie zaleceń normowych. Projektowanie polega więc na takim przyjęciu parametrów obiektu, aby przenosił on prognozowane oddziaływania bez naruszenia przyjętych warunków. W zadaniu diagnostycznym wśród danych do obliczeń znane są: opis obiektu i jego stanu technicznego, opis oddziaływań na obiekt oraz kryteria diagnostyczne. Diagnoza zawiera przeważnie odpowiedź na pytanie: czy występuje związek skutkowo-przyczynowy między stwierdzonym stanem technicznym obiektu (np. jego uszkodzeniami) a występującymi oddziaływaniami. W diagnostyce dynamicznej chodzi więc o zbadanie, czy taki związek występuje między skutkiem oddziaływań, czyli stwierdzonymi uszkodzeniami obiektu, a przyczyną, czyli oddziaływaniami dynamicznymi.

Z kolei w zależności od stanu, w jakim podczas opracowywania diagnozy albo projektu znajduje się źródło drgań oraz obiekt odbierający drgania, wyróżnia się pięć sytuacji szczegółowych, które zestawiono w tabeli 2.2, nawiązując do klasyfikacji zaproponowanej w [7].

Tabela 2.2. Sytuacje diagnostyczne i projektowe [7]

Oznaczenie sytuacji

Źródło drgań

Obiekt odbierający drgania

Określenie sytuacji

A

eksploatowane

istniejący

diagnoza

B

projektowane

istniejący

diagnoza z prognozą

C

eksploatowane

projektowany

projektowanie

D

projektowane

projektowany

projektowanie z prognozą

E

wystąpiło uprzednio (nie jest możliwe jego działanie ponowne)

istniejący (w stanie uszkodzenia)

diagnoza z prognozą

(a posteriori)

Sytuacje opisane w tym rozdziale są w tabeli 2.2 scharakteryzowane jako sytuacje A i B.

2.3. Podstawy diagnostyki dynamicznej

2.3.1. Oceny wpływu drgań na konstrukcje eksploatowanych budynków w przypadku wewnętrznych źródeł drgań

W przypadku wewnętrznych źródeł drgań najprostszy sposób określenia sił bezwładności B działających na konstrukcję i wywołanych oddziaływaniem o charakterze dynamicznym polega na uzyskaniu jako wyniku pomiarów maksymalnych wartości przyspieszeń amax w odniesieniu do poszczególnych mas konstrukcji i pomnożeniu ich przez wartość masy m, na którą działają, zgodnie ze wzorem (2.1)

B = amax ⋅ m

[2.1]

gdzie: B – maksymalna siła bezwładności działająca na masę m; amax – maksymalna wartość przyspieszenia drgań masy m; m – masa wydzielonej części konstrukcji.

Na rysunku 2.2 przedstawiono ten sposób postępowania na przykładzie belki stropowej obciążonej równomiernie rozłożonym obciążeniem q, na które składa się ciężar własny i obciążenie użytkowe (rys. 2.2a). W celu ustalenia wartości siły bezwładności B przyjęto, że modelem belki w obliczeniach dynamicznych będzie ustrój o jednym stopniu swobody dynamicznej (por. [2]) z masą m skupioną w środku rozpiętości belki (rys. 2.2b). Następnie w wyniku pomiarów otrzymano maksymalną wartość pionowej składowej przyspieszenia drgań belki w tym miejscu azmax i obliczono zgodnie ze wzorem (2.1) odpowiadającą jej wartość siły bezwładności. Po wyznaczeniu siły bezwładności B sprawdzono warunki SGN w sposób opisany w podrozdziale 2.1.

Rys. 2.2. Przykład określenia siły bezwładności na podstawie pomiaru przyspieszeń drgań: a) obciążenie belki stropowej; b) model belki w obliczeniach dynamicznych

Kolejnym krokiem w analizie diagnostycznej jest sprawdzenie SGU. Realizuje się to przez:

• wyznaczenie (bezpośrednio za pomocą pomiaru lub pośrednio przeliczając inne wartości pomierzone) maksymalnej wartości przemieszczenia drgań w analizowanym miejscu na belce, a następnie dodanie tak otrzymanego przemieszczenia dynamicznego do przemieszczenia statycznego i porównanie sumy tych przemieszczeń z dopuszczalnymi wartościami przemieszczeń określonymi w warunkach SGU;

• ocenę wpływu drgań na ludzi w miejscu przeznaczonym na stały pobyt ludzi, zgodnie z normą PN-B-02171:2017 [13] (pomocne w realizacji tego zadania mogą być przykłady zamieszczone w [9 i 10]).

W obliczeniach dynamicznych należy zwrócić również uwagę na możliwość wystąpienia zjawiska rezonansu (rys. 2.3) polegającego na zwielokrotnieniu wartości amplitudy drgań w przypadku, gdy stosunek wartości dominującej częstotliwości drgań wymuszonych ωS do częstotliwości drgań własnych konstrukcji ω₀ jest bliski 1. Zjawisko wzmocnienia drgań wyrażane za pomocą współczynnika dynamicznego β w takich sytuacjach w dużym stopniu zależy również od charakterystyki tłumienia konstrukcji wyrażonej na przykład za pomocą tzw. liczby tłumienia ξ.

Wartości współczynnika dynamicznego β (oznaczanego też jako ϕM np. w normie PN-EN 1991-3:2009 [14]), nazywanego również współczynnikiem wzmocnienia lub współczynnikiem zwielokrotnienia amplitudy drgań, przedstawiono na rysunku 2.3. W uproszczeniu można przyjąć, że współczynnik dynamiczny wyraża stosunek maksymalnej wartości odpowiedzi dynamicznej konstrukcji (np. maksymalnej wartości naprężenia lub przemieszczenia dynamicznego) do wartości, jaka byłaby przy statycznym przyłożeniu amplitudy siły wymuszającej.

Rys. 2.3. Wykres rezonansowy zależności współczynnika β od stosunku częstotliwości ωS do ω₀ oraz od ξ

Jeżeli zjawisko rezonansu wystąpi podczas wykonywania pomiaru drgań, to jest ono już uwzględnione w pomierzonych maksymalnych wartościach przyspieszenia i przemieszczenia drgań. Czasami, szczególnie w przypadku działania kilku źródeł drgań, zjawisko rezonansu może się pojawiać okresowo lub wręcz nieregularnie na skutek nakładania się drgań z różnych źródeł. Należy wówczas dążyć do ustalenia, w jakich okolicznościach dochodzi do wzbudzenia rezonansowego i wykonać pomiary drgań w czasie wystąpienia tego zjawiska.

2.3.2. Oceny wpływu drgań na konstrukcję eksploatowanego budynku w przypadku zewnętrznych źródeł drgań

Zagadnienia dotyczące ocen wpływu drgań ze źródeł zewnętrznych na budynki reguluje norma PN-B-02170:2016 [12]. Drgania te docierają przez podłoże do fundamentów budynku i stanowią tzw. wymuszenie kinematyczne, wprawiają budynek w drgania i generują siły bezwładności działające na konstrukcję budynku.

Jako podstawową metodę oceniania norma [12] zaleca obliczenie sił bezwładności z wykorzystaniem przestrzennego modelu budynku zbudowanego według zasad metody elementów skończonych (MES) i poddanego działaniu wymuszenia kinematycznego w postaci wibrogramów przyłożonych w węzłach na styku gruntu z budynkiem i jego fundamentami (rys. 2.4). Można również zastosować metodę THA – metodę wyznaczania w dziedzinie czasu odpowiedzi modelu budynku na wymuszenie kinematyczne z zastosowaniem bezpośredniego całkowania równań ruchu [2].

Rys. 2.4. Ideogram modelu MES budynku z przyłożonym obciążeniem kinematycznym

W odniesieniu do budynków o prostych układach konstrukcyjnych dopuszcza się stosowanie płaskich modeli obliczeniowych. Takimi modelami obliczeniowymi mogą być: wspornik z masami skupionymi w poziomie stropów kolejnych kondygnacji (rys. 2.5a), rama płaska z masami skupionymi również na stropach (rys. 2.5b). Najprostszą zasadą skupiania mas w takich modelach jest uwzględnianie w każdej z mas obciążeń z połowy odległości do mas sąsiednich (rys. 2.5).

Rys. 2.5. Schemat tworzenia modeli uproszczonych: a) model wspornikowy; b) model ramy płaskiej

Przy obliczaniu masy mk uwzględnia się wszystkie obciążenia stałe (Q′k) i długotrwałą część obciążenia zmiennego (Qk″) uczestniczącego w drganiach. Zgodnie z normą PN-B-02170:2016 [12], w przypadku braku możliwości bezpośredniej oceny wartości tych obciążeń masę mk można wyznaczać według wzoru (2.2)

[2.2]

w którym: g – wartość przyspieszenia ziemskiego; wartość współczynnika λ należy przyjmować wg [12]: λ = 0,4 w odniesieniu do budynków mieszkalnych i budynków użyteczności publicznej, λ = 0,6 w odniesieniu do pozostałych budynków.

Na wymuszenie kinematyczne składają się wibrogramy trzech składowych drgań: dwóch poziomych (x, y) i pionowej (z). Powinny to być wibrogramy zarejestrowane w sztywnym węźle konstrukcji na fundamencie budynku albo na ścianie piwnicznej w poziomie terenu i od strony źródła drgań, jak to przedstawiono na rysunku 2.6.

Wyznaczone składowe sił bezwładności stanowią w odniesieniu do konstrukcji budynku obciążenie charakterystyczne zmienne. Obciążenie obliczeniowe należy wyznaczać, mnożąc obciążenia charakterystyczne przez współczynnik obciążenia γf = 1,5 (por. [12]). W obliczeniach odnoszących się do budynku należy stosować wymagania podane w normach projektowania konstrukcji budowlanych, z uwzględnieniem sił bezwładności w odpowiednich kombinacjach z innymi obciążeniami.

Możliwe jest również wyznaczenie wartości sił bezwładności na podstawie pomiaru maksymalnych wartości przyspieszeń drgań w miejscach skupienia poszczególnych mas konstrukcji (z uwzględnieniem odpowiedniej składowej drgań, tj. x, y lub z), jak to przedstawiono na rysunku 2.7. Wartości sił bezwładności oblicza się wówczas ze wzoru (2.1).

Rys. 2.6. Lokalizacja punktów do pomiaru wymuszenia kinematycznego: 1 – na fundamencie albo 2 – w sztywnym węźle konstrukcji w poziomie terenu

Rys. 2.7. Ideogram wyznaczania wartości sił bezwładności na podstawie pomiaru maksymalnych wartości przyspieszeń drgań: a) rozmieszczenie punktów pomiarowych; b) model budynku z zaznaczeniem określanych sił bezwładności

Przypisy

[1] Prof. dr hab. inż., l.runkiewicz@itb.pl, Instytut Techniki Budowlanej, Politechnika Warszawska.

[2] Dr hab. inż., m.kawulok@itb.pl, prof. Instytutu Techniki Budowlanej.

[3] Dr inż., k.konieczny@itb.pl, Instytut Techniki Budowlanej.

[4] Dr inż., l.slowik@itb.pl, Instytut Techniki Budowlanej.

[5] Prof. dr hab. inż., JKawec@pk.edu.pl, Politechnika Krakowska.