Stropy prefabrykowane - rodzaje i charakterystyka
Obecnie na rynku stosuje się wiele różnych typów konstrukcji stropów prefabrykowanych żelbetowych i sprężonych. Opisujemy kilka systemów, reprezentujacych główne grupy produktów. Pod względem geometrii przekroju poprzecznego stropy prefabrykowane można podzielić na elementy płytowo-żebrowe oraz płytowe o całkowicie gładkiej powierzchni, a także wykonane z elementów małowymiarowych - stropy gęstożebrowe. Znane są też rozwiązania pośrednie.
Stropy prefabrykowane płytowo-żebrowe
Powszechnym rozwiązaniem wielkopłytowych stropów prefabrykowanych z żebrami są płyty TT (inne nazwy 2T, П), składające się z dwóch żeber głównych sprężonych podłużnie oraz poprzecznie zbrojonych strzemionami i połączonych cienką półką betonową (grubości 3–8 cm), zbrojoną zgrzewaną siatką. Stropy te stanowią istotną alternatywę dla klasycznych monolitycznych stropów płytowo-żebrowych oraz rusztowych. Wysokość przekroju poprzecznego płyt TT zawiera się w granicach od 300 do 800 mm, dając tym samym możliwość wykonywania elementów o rozpiętości nawet do 24 m przy dużych obciążeniach użytkowych. Standardowe prefabrykaty produkowane są o szerokości 2,4 m. Płyty TT znajdują zastosowanie w budynkach przemysłowych, handlowo-usługowych oraz wielopoziomowych parkingach samochodowych. W tego rodzaju stropach prefabrykowanych, w porównaniu do innych o dużych rozpiętościach, osiąga się najmniejsze zużycie materiału.
Płyty TT mogą być wykonywane także jako elementy stropodachów. Są one wówczas nieco lżejsze o zmiennym przekroju poprzecznym (kształtujące dwuspadową połać dachową w spadku 1:40, co ułatwia odprowadzanie wody opadowej) i niższych żeberkach, określa się je jako płyty STT. Zaletą zastosowania tego systemu do budowy hal prefabrykowanych (w tzw. systemie Bashallen) jest optymalizacja wykorzystania przestrzeni użytkowej pod stropem oraz zmniejszenie masy elementów nawet o 60%, w porównaniu do klasycznych płyt TT, przy zachowaniu imponujących rozpiętości – sięgających do 30 m.
Możliwe jest również wykonanie prefabrykatów z jednym żeberkiem (płyty typu T) oraz elementów wielożebrowych. Obecnie zaprzestano realizacji płyt TT w wersji czysto żelbetowej.
Stropy płytowe płaskie
Najbardziej rozpoznawalnymi stropami wielkopłytowymi, chętnie wykorzystywanymi w budownictwie kubaturowym, są strunobetonowe płyty otworowe rozpowszechnione pod nazwą Hollow Core lub Spiroll. Świadczy o tym roczna światowa produkcja tych prefabrykatów, dochodząca do 50 mln m². Płyty kanałowe poszerzyły zakres kształtowania powierzchni użytkowych, np. poprzez zmniejszenie siatki słupów i swobodę umiejscowienia ścianek działowych, dając jednocześnie możliwość zwiększania dopuszczalnych obciążeń i rozpiętości. Stropy z kanałowych płyt strunobetonowych cieszą się dużą popularnością m.in. w wielkopowierzchniowych obiektach handlowych, biurowych, wielokondygnacyjnych budynkach mieszkalnych i garażach wielopoziomowych. Dopuszczalne obciążenie tego typu stropu zależy od wysokości elementu oraz jego rozpiętości i może wynosić nawet do 30 kN/m².
W Polsce produkowane są prefabrykaty w zakresie nominalnych wysokości 150–500 mm (na świecie znane są rozwiązania sięgające ponad 700 mm) i stałej szerokości 1200 mm (dostępne są też płyty „połówkowe” o szerokości 600 mm). Podłużne kanały w znaczący sposób zmniejszają wagę prefabrykatu (nawet do 60% w porównaniu z płytami o pełnym przekroju i tej samej wysokości), obniżając poziom zużycia betonu. Zredukowanie ciężaru własnego gwarantuje ok. 30% oszczędności w zakresie wykorzystania stali sprężającej i obniżenie kosztów całej inwestycji. Strunobetonowe płyty kanałowe realizowane są w dwóch technologiach prefabrykacji – ekstruzji i slip-formingu, od których uzależniona jest geometria przekroju poprzecznego. Elementy wykonywane podczas ekstruzji charakteryzują się owalnymi otworami w przeciwieństwie do niemal prostokątnych kanałów powstających w technologii slip-formingu. Różnica ta jest szczególnie widoczna w przypadku płyt o mniejszej wysokości przekroju. Ww. sposoby produkcji uniemożliwiają stosowanie zbrojenia poprzecznego w postaci strzemion, stąd zapewnienie nośności na ścinanie tego typu elementom jest kluczowym zagadnieniem projektowym i technologicznym.
Obecnie płyty kanałowe wykonuje się niemal wyłącznie jako strunobetonowe. Przy czym płyty żelbetowe (typu Żerań, SPB) cieszą się już zdecydowanie mniejszym zainteresowaniem z uwagi na mało atrakcyjne rozpiętości – nieprzekraczające 6 m.
Ciekawym rozwiązaniem, funkcjonującym na polskim rynku od kilku lat, jest stosunkowo niska stalowa belka Deltabeam® firmy Peikko o trapezowym przekroju skrzynkowym. Została zaprojektowana tak, aby w fazie montażu umożliwić bezpośrednie opieranie na jej półkach dolnego pasa prefabrykowanych płyt kanałowych. W przeciwieństwie do wcześniej już stosowanych stalowych belek kapeluszowych, Deltabeam® są wypełniane betonem na etapie budowy obiektu, co sprawia, że stają się stalowo-betonowymi elementami zespolonymi. Oprócz belki typu Deltabeam® istnieje szereg innych rozwiązań konstrukcyjnych dla dźwigarów wsporczych płyt kanałowych. Można do nich zaliczyć: kapeluszową belkę zespoloną, stalowy przekrój dwuteowy typu IFB czy chociażby prefabrykowaną belkę o przekroju poprzecznym odwróconej litery T. Wszystkie połączenia płyta-dźwigar, w których przekrój belki jest równy wysokości płyty lub nieznacznie od niej wyższy, noszą nazwę konstrukcji Slim Floor. Ważnym zagadnieniem projektowym dla tego typu konstrukcji jest uwzględnienie wpływu podatności dźwigara na pracę płyty kanałowej.
Możliwość jednoczesnego wykorzystania wysokiej nośności na zginanie przy pokaźnych rozpiętościach pozwoliła w krajach Europy Zachodniej i USA zastosować płyty kanałowe w budownictwie komunikacyjnym (np. małe kładki i mostki). Elementy te wykorzystuje się również, jako ściany zewnętrzne oraz moduły ekranów akustycznych. Coraz częściej producenci płyt kanałowych oferują także strunobetonowe płyty pełne (tzw. płyty HM) o wysokościach nominalnych 200–300 mm i rozpiętości dochodzącej do 20 m. Brak kanałów pozwala na produkcję płyt o niemal dowolnej szerokości z zakresu 600–1200 mm. Pełny przekrój poprzeczny tych sprężonych elementów generuje większy ich ciężar własny, ale gwarantuje także możliwość przenoszenia większych sił tnących, szczególnie obciążeń skupionych.
Obok prefabrykatów wielkopłytowych dużą popularnością cieszą się także żelbetowe stropy zespolone złożone z cienkiej płytki (grubości od 5 do 7 cm), tzw. szalunku traconego, oraz nanoszonej na budowie warstwy nadbetonu. Przykładami takich rozwiązań są powszechnie stosowane w Polsce żelbetowe stropy typu filigran oraz 2K. Zbrojenie główne prefabrykowanych płyt szalunkowych stanowią pręty podłużne, natomiast poprzeczne odgrywa jedynie rolę zbrojenia rozdzielczego. Prefabrykaty te, szerokości 0,6–2,4 m, osiągające najczęściej rozpiętość do 7,8 m, traktuje się jako elementy pracujące jednokierunkowo.
Stropy noszące w Polsce nazwę 2K są odmianą konstrukcji wykonywanych na krzyżowo zbrojonych szalunkach traconych. W kierunku poprzecznym do długości płyty, momenty zginające w stykach elementów przenoszone są przez układ dwóch krawędziowych belek ukrytych, zawierających przykrawędziowe pionowe zbrojenie zespalające, połączone siatką zbrojeniową układaną na styku płyt szalunkowych. W obydwu rozwiązaniach w płycie prefabrykatu zatopione są prętowe kratownice przestrzenne, które mają za zadanie usztywnić prefabrykat podczas składowania, transportu i montażu, a także stanowią zbrojenie styku na ścinanie podłużne (zespolenie z nadbetonem). W przypadku stropów zespolonych na szalunkach traconych, podobnie jak w tradycyjnych płytach monolitycznych, można stosować różne rozwiązania konstrukcyjne w celu ograniczenia ich ciężaru własnego. W wielu krajach popularne są stropy typu Bubble Deck, mające kuliste wkładki z tworzywa sztucznego.
Na świecie od lat skutecznie stosowane są również rozwiązania ze styropianowymi wkładami odciążającymi (w Polsce odmianą tego typu stropu jest filigran PSKJ-S).
Stropy gęstożebrowe
Technologia prefabrykacji znalazła również zastosowanie w realizacji stropów dla mniejszych obiektów kubaturowych – użyteczności publicznej lub budynków mieszkalnych. Obecnie w Polsce rozwinęły się systemy gęstożebrowych stropów belkowo-pustakowych, w których belki są elementami prefabrykowanymi, żelbetowymi lub sprężonymi. Zaletą tej technologii jest uproszczenie procesu budowlanego, który nie wymaga angażowania ciężkiego sprzętu budowlanego – wszystkie elementy, z uwagi na niewielką wagę, są bardzo łatwe do transportu i montażu.
Gęstożebrowe stropy na prefabrykowanych belkach żelbetowych (pełne żelbetowe, lekkie kratownice stalowe lub z żelbetowym bądź ceramiczno-żelbetowym pasem dolnym) mogą osiągać rozpiętości do 7,2 m, a na strunobetonowych nawet do ponad 10 m, co w połączeniu ze stosunkowo niską wysokością przekroju (14–30 cm), stanowi ich główny atut. Stropy te wykonuje się z wykorzystaniem:
- belek stropowych o przekroju poprzecznym, np. w kształcie odwróconej litery T; technologia produkcji belek strunobetonowych uniemożliwia umieszczenie w nich zbrojenia poprzecznego, dlatego nośność na ścinanie podłużne między prefabrykowaną belką a nadbetonem jest zapewniona przez ukształtowanie powierzchni górnej środnika w postaci fali o przebiegu sinusoidalnym lub wrębów;
- lekkich, zazwyczaj żwirobetonowych lub keramzytobetonowych pustaków stropowych bądź kształtek, wykonanych z wytrzymałego drewna prasowanego lub styropianu;
- warstwy betonu uzupełniającego o grubości co najmniej 4 cm, wylewanego powyżej górnej krawędzi pustaków, stanowiącego wierzchnią płytę.
Wśród rozwiązań małowymiarowych można także wyróżnić (rzadziej spotykane w budownictwie kubaturowym) stropy belkowe, w których belki nośne ułożone są obok siebie, a beton uzupełniający stanowi zabezpieczenie przed „klawiszowaniem” poszczególnych elementów.
