Systemy zespolone płyt
Konstrukcje zespolone są połączeniem stali profilowanej z betonem lub żelbetem. Różnią się one od konwencjonalnych rozwiązań, na przykład stropów na zwykłych blachach fałdowych, stanowiących deskowanie tracone tym, że oba zespolone materiały ze sobą współpracują.
Stosowane wcześniej żelbetowe płyty stropowe oparte na żebrach, podciągach lub belkach stalowych pracują oddzielnie - jako płyty i jako belki.
Konstrukcje zespolone
Przykładem konstrukcji, w której stal profilowa i beton lub żelbet współpracują ze sobą, jest dźwigar zespolony. Poprzez silne, odporne na ścinanie, połączenie pomiędzy płytą żelbetową i dźwigarem stalowym powstaje zespolony układ nośny. Połączenie obu materiałów wykonuje się za pomocą tak zwanych bolców Nelsona lub innych łączników, przyspawanych do stalowej belki. Po ułożeniu na nich betonu uzyskuje się połączenie uniemożliwiające przesunięcia pomiędzy dolną częścią płyty stropowej, a górną częścią belki stalowej. Norma PN-82/B-03300 ten rodzaj konstrukcji określa jako:
"Konstrukcje powstałe w wyniku zespolenia stalowego elementu podstawowego z betonową płytą współpracującą za pomocą łączników stalowych w celu łącznego przenoszenia obciążeń".
rys. 1 Płyta żelbetowa oparta na belce stalowej lub żelbetowej. Oznaczenia: 1 - płyta żelbetowa, 2 - dźwigar stalowy, 3 - dźwigar żelbetowy (żebrostropu)
rys. 2 Płyta żelbetowa zespolona z belką stalową. Oznaczenia: 1 - bolce Nelsona lub inne bolce liniowe, 2 - dźwigar stalowy, 3 - bolce Nelsona lub inne bolce dwurzędowe
Zespolona płyta prefabrykowana
Zespolona płyta prefabrykowana ma dodatkowe stalowe pętle, wyprowadzane poza krawędź. Zakłada się je na bolce, uprzednio przyspawane w warsztacie do belki stalowej. Po ułożeniu prefabrykatów na stalowych belkach, połączenia płyt wypełnia się betonem, uzyskując konstrukcję zespoloną.
Obecnie wytwarzane w Polsce płyty prefabrykowane, o dowolnych wymiarach i kształtach (również z gotową fakturą zewnętrzną, na przykład trudno ścieralną) wykonywane są z betonów klasy od B25 do B55. Płyty prefabrykowane, najczęściej grubości 10 lub 12 cm, podpierane są co 2,5 m. Spoiny muszą być wykonane bardzo starannie, aby uniknąć klawiszowania. Materiał wypełniający fugę (szerokości 0,05- 1,2 mm) powinien mieć konsystencję płynną, skutecznie penetrować szczelinę i charakteryzować się dobrą przyczepnością do betonu. Przed zalaniem fugi należy zagruntować pionowe krawędzie płyt, poprzez nałożenie pędzlem warstwy mostkującej. Tak przygotowana powierzchnia może być wypełniona wylewką - materiałem wypełniającym. Jeżeli jest taka konieczność, na płyty stropowe po ich ułożeniu, nakłada się warstwę trudno ścieralną.
rys. 3 Zespolona płyta prefabrykowana - fragment rusztu poziomego nad podporą, z przekrojem A-A. Oznaczenia: 1 - dwurzędowe bolce Nelsona, 2 - płyta prefabrykowana z wycięciami, 3 - ekspansywna zaprawa do zalewania rowka, 4 - pręty kotwiące płyt, 5 - dźwigar stropowy
Strop typu FILIGRAN
Strop zespolony Filigran składa się z gotowego prefabrykatu grubości od 5 do 7 cm, który pełni jednocześnie funkcję deskowania traconego. W prefabrykacie znajduje się zbrojenie przęsłowe oraz przestrzenne dźwigarki kratowe, wystające ponad powierzchnię płyty prefabrykowanej. Ich rozstaw wynosi od 30 do 75 cm, w zależności od rozpiętości i grubości całkowitej stropu.
rys. 4 Płyta prefabrykowana typu FILIGRAN. Oznaczenia: 1 - dźwigarek przestrzenny, 2 - prefabrykat ze zbrojeniem prętowym
rys. 5 Przekrój płyty typu FILIGRAN nad podporą. Oznaczenia: 1 - dźwigarek przestrzenny, 2 - zbrojenie na moment podporowy, 3 - dwurzędowe bolce Nelsona, 4 - beton wylewany na budowie, 5 - dźwigar stalowy
Są one niezbędne do zespolenia płyty prefabrykowanej z górną monolityczną warstwą nadbetonu, wykonywaną na budowie. Przestrzenne dźwigarki przenoszą siły rozwarstwiające w płaszczyźnie zespolenia. Połączenie jest trwałe również dzięki szorstkiej powierzchni prefabrykowanej płyty.
Przed ułożeniem betonu wykonuje się: górne zbrojenie podporowe w stropie wieloprzęsłowym, dolne zbrojenie przęsłowe (zazwyczaj znajduje się ono w prefabrykacie, w szczególnych wypadkach może być ono uzupełnione na budowie, na przykład dla przęsła bardziej obciążonego) lub górne zbrojenie krzyżowe przy podporach dla płyt o rzucie zbliżonym do kwadratu.
Aby zabezpieczyć strop przed klawiszowaniem, należy styki podłużne pomiędzy płytami zazbroić i ułożyć nadbeton.
Zaletą stropów typu FILIGRAN jest uzyskanie gładkiej powierzchni sufitu, bez konieczności wykonywania tynku. Zastosowanie takiego rozwiązania pozwala zrezygnować z deskowania, ułatwia montaż i pozwala uzyskać dowolny kształt stropu.
Zbrojenie prefabrykowanej płyty typu FILIGRAN musi przenosić obciążenia, jakim element poddawany jest w czasie transportu. Po wbudowaniu płyty należy ją oprzeć na podporach montażowych o rozstawie - w zależności od grubości prefabrykatu - od 1,70 m do 2,10 m. Konstruktor musi przeprowadzić analizę statyczną pracującej płyty, zgodnie z takimi samymi zasadami, jakie obowiązują dla zwykłej płyty monolitycznej grubości równej sumie grubości warstwy betonu układanego na budowie i grubości prefabrykatu. Stan graniczny nośności sprawdza się według PN-84/B-03264. Dla płyty prefabrykowanej i nadbetonu najczęściej przyjmuje się klasę betonu od B25 do B55.
Stan graniczny użytkowania sprawdza się dla obciążenia długotrwałego (stałego i zmiennego) bez uwzględnienia obciążeń występujących w czasie transportu. Maksymalna szerokość płyt, bez konieczności zastosowania trawersu w czasie montażu, wynosi około 2,50 m, a długość 6,0 m. Dla większych długości należy w czasie montażu zastosować trawers. Ściany, na których opiera się strop muszą być wykonane bardzo precyzyjnie, ponieważ nie ma możliwości korygowania jego wymiarów na budowie.
Strop zespolony na blachach fałdowych
W stropie tym część zbrojenia zastąpiono blachą o fałdzie wysokości 200 mm. Przenosi ona siły rozciągające, występujące w przęśle płyty oraz siły ścinające, występujące w specjalnie zaprojektowanych w formie kęsów stalowych, przyspawanych do dźwigara stalowego - podporach blach. Dzięki zastosowaniu stropu z wysokiej blachy trapezowej, zespolonej z płytą żelbetową niewielkiej wysokości, uzyskuje się dużą wytrzymałość na ścinanie oraz większą sztywność giętną.
rys. 6 Przekrój podporowy stropu na belkach o wysokim profilu. Oznaczenia: 1 - bolce Nelsona, 2 - kęsy przyspawane do dźwigara, 3 - płyta żelbetowa współpracująca z blachą, 4 - blacha, 5 - dźwigar stropowy
rys.7 Przekrój przęsłowy stropu na blachach o wysokim profilu. Oznaczenia: 1 - zbrojenie płyty, 2 - przęsłowe zbrojenie żeber
W zależności od rodzaju zastosowanej blachy, powstały strop gęstożebrowy ma rozstaw żeber 750 lub 800 mm. Takie rozwiązanie umożliwia, bez konieczności podpierania blach na czas montażu, przeniesienie obciążeń występujących w czasie betonowania, przy rozpiętości do 5,80 m. Przyspiesza to znacznie prace, ponieważ unika się konieczności wykonywania
rys. 8 Przekrój podporowy stropu z blachą opartą na pasie dolnym dźwigara. Oznaczenia: 1 - bolce Nelsona, 2 - pas dolny dźwigara stalowego, 3 - blacha o wysokim profilu, 4 - płyta żelbetowa
żmudnych deskowań i podpór pośrednich. Obciążenia występujące w czasie eksploatacji wymagają wykonania zbrojenia płyty w każdym żebrze fałdy, zbrojenia przęsłowego (małe z uwagi na gęstożębrową budowę), zbrojenia na ścinanie przy podporze żebra oraz górnego zbrojenia podporowego.
Połączenie płyty z dźwigarem z nią zespolonym osiąga się przez specjalne łożyskowanie blachy. Obniżając poziom blachy w miejscu stalowego dźwigara, uzyskuje się mniejszą łączną wysokość stropu, pomimo zastosowania wysokiej blachy.
Inne rozwiązanie polega na oparciu blach bezpośrednio na pasie dolnym dźwigara nośnego. Stosuje się je, ze względu na ograniczoną wysokość belki, dla mniejszych rozpiętości dźwigarów zespolonych, co może być traktowane jako wada. Zaletą jest uniknięcie konieczności stosowania kęsów poprzecznie przyspawanych do belki.
Strop na specjalnie wyprofilowanych blachach
Blachy trapezowe ze specjalnym wyprofilowaniem mogą pracować również, jako zespolone z betonem zbrojenie. Blachy mają wzmocnienia w wygięciach środników lub pasów i środników. W wygięciach tych mogą być zakotwiczone śruby do podwieszenia instalacji lub lekkiego stropu.
Blachę trapezową można łączyć z betonem poprzez wykonanie wgłębień w jej pasach, stykających się z betonem. Rozwiązanie takie jest ekonomiczne dla blach trapezowych o wysokości większej niż 70 mm, ponieważ umożliwia, zwłaszcza przy większych rozpiętościach, betonowanie bez wykonywania podpór w czasie prowadzenia prac.
Blachy trapezowe Cofrastra nie wymagają specjalnych podpór, opierane są wprost na belce stalowej.
We wszystkich systemach płyt zespolonych, elementem wspólnym są bolce, najczęściej średnicy od 16 do 25 mm, przyspawane do belek stalowych.
rys. 9 Typy blach Cofrasta i Cofradal dla stropów zespolonych
