IV Techniki wzmacniania słupów

IV Techniki wzmacniania słupów
IV-1. Wzmacnianie słupa żeliwnego za pomocą stalowego 'gorsetu'
Żeliwne słupy były używane już w XIX wieku, zastępując tradycyjne drewniane elementy nośne, zbyt
podatne w pozycji pionowej na działanie wilgoci. Przekrój - wydrążony lub pełny - o zmniejszonej średnicy
pozwalał znacznie ograniczyć wymiary w stosunku do słupów murowanych. Nie bez znaczenia była też
szybkość montażu. Sprzedaż katalogowa tych produktów, prefabrykowanych seryjnie w odlewniach,
sprawiła, że znajdujemy słupy podtrzymujące zarówno stropy na belkach stalowych, jak i stropy drewniane.
Pierre Engel dla
www.constructalia.com
IV-2. Wzmacnianie słupa żeliwnego za pomocą stalowego 'gorsetu'
Zmiana funkcji budynków wyposażonych w tego typu słupy i wynikające z niej zwiększenie obciążeń
pionowych wymagają często wzmocnienia elementów nośnych. Na rysunkach przedstawiono stalowy
gorset do wzmocnienia przekroju słupa, wykonany przy użyciu dwóch ceowników. Z oczywistych względów
wymogu zgodności metalurgicznej bezpośredni montaż ceowników do słupa jest niemożliwy, należy więc
zastosować przyspawane poziomo płaskowniki między ceownikami a słupem.
Wskutek wzmocnienia następuje wzrost sztywności żeliwnego słupa i zwiększenie jego wytrzymałości na
ściskanie. W zależności od sposobu połączenia gorsetu w górnej i dolnej części słupa, nowy zespół może
także przenieść całość lub część sił ściskających, przyłożonych do nowej konstrukcji nośnej. Założenie
stalowego gorsetu umożliwia także dowiązanie się do belek za pomocą łącznika, przyspawanego do
środnika ceownika, z utworzeniem w pełni przegubowego połączenia.
Pierre Engel dla
www.constructalia.com
IV-3. Wzmacnianie istniejących słupów stalowych
1. Oryginalny słup stalowy lub żelazny.
2. Główki nitów.
3. Dostęp do wnętrza słupa.
4.
5.
6.
7.
Stalowe wzmocnienia.
Śruba mocująca wzmocnienia.
Spaw wzmocnień.
Spustowa rura deszczowa.
Uwaga: Nawet, jeśli zasada pozostaje ta sama, wzmocnienie słupów
konstrukcji nitowanych musi być projektowane indywidualnie dla
każdego przypadku.
Wzmacniane słupy są przeważnie żeliwne, ale nie tylko. Spotyka się też stalowe słupy z blachy zgrzewanej
oraz słupy łączone nitami, jak w konstrukcjach z XIX i z początku XX wieku, słupy z kształtowników
stalowych walcowanych lub prefabrykowanych z grubych blach spawanych. Wzmocnienie stalowego słupa
może się okazać niezbędne w razie pogłębionej korozji, ale najczęściej odbywa się przy znacznym
zwiększeniu obciążenia pionowego albo w wyniku zmian konstrukcji czy wzrostu sztywności. Wyobraźmy
sobie np. słup początkowo podtrzymywany przez płaskowniki - w płaszczyźnie najbardziej narażonej na
wyboczenia - które zostały zdemontowane po wykonaniu otworu.
Przykład szczegółowy pokazany na rysunku a) dotyczy wzmocnienia słupa konstrukcji kasyna w Monte
Carlo, co zostało wykonane podczas renowacji przez głównego architekta zabytków historycznych Alaina
Charles’a Perraulta. Przykład b) pokazuje kilka założeń wzmocnienia słupa o przekroju I lub H poprzez
dodanie płytek wzmacniających albo profili spawanych lub przykręcanych śrubami.
Pierre Engel dla
www.constructalia.com
IV-4. Wzmacnianie słupów żelbetowych
Obudowanie istniejącego słupa elementami stalowymi nie zawsze jest najlepszym rozwiązaniem. Pierwsza
niedogodność to dodatkowe „otłuszczenie”, słupy żelbetowe i bez tego są grube. Drugą wadą metody jest
kłopotliwy i trudny montaż. Wzmacnianie przy użyciu profili lub płyt stalowych jest rozwiązaniem
uzasadnionym ekonomicznie i prostym w realizacji. Elementy wzmacniające, dostarczane na miejsce w
segmentach, łatwe do ręcznego przenoszenia, są montowanie na sucho przy pomocy śrub lub poprzez
spawanie albo klejenie. W miarę możliwości nie należy mieszać sposobów mocowania bez uprzedniego
przeanalizowania konsekwencji!
Jeśli zachodzi potrzeba zredukowania przekroju słupa, można podeprzeć konstrukcję, zdemontować słup
żelbetowy i zastąpić go zwartym elementem typu HEM lub po prostu pełnym stalowym słupem, okrągłym
lub kwadratowym (patrz następna karta).
Pierre Engel dla
www.constructalia.com
IV-5. Wzmacnianie belki i płyty za pomocą stalowych słupów
Zalety stalowych słupów dwuteowych typu I lub H oraz słupów o przekrojach rurowych i pełnych są bardzo
doceniane przy pracach adaptacyjnych i renowacyjnych. Słupy te wykorzystuje się do tymczasowego lub
stałego podpierania konstrukcji stalowych lub żelbetowych. Słupy stalowe są łatwe do montażu i produkuje
się je na wymiar, po uprzednim dokładnym obmiarze na miejscu. Dzięki wysokiemu modułowi
wytrzymałości stali, słupy mogą mieć stosunkowo niewielki przekrój - przy dużej sztywności i odporności
na wyboczenia. Są bardzo dyskretne i dają się łatwo zamontować. Pozwalają dzięki temu optymalnie
wykorzystać przestrzeń, nie naruszając estetyki architektonicznej konstrukcji poddawanych renowacji.
Pierre Engel dla
www.constructalia.com
IV-6. Szczegóły techniczne i elementy stosowane do montażu wzmacniających słupów stalowych
Stopy słupów podpierających są najczęściej przegubowe, dzięki czemu nie przenoszą momentów
zakłócających na płytę. W każdym przypadku trzeba sprawdzić odporność płyty na pękanie i obciążenia
udarowe. W razie potrzeby należy rozprowadzić obciążenie lub wykonać odpowiedni blok fundamentowy.
Sposób wykonania głowic słupów i szczegółów podparcia jest dostosowywany do poszczególnych
systemów. Może to być płytka zakotwiona na wystarczająco dużej powierzchni płyty lub strzemię w
przypadku belki betonowej. Jeżeli siły ściskające są zbyt duże, należy przewidzieć specjalne podparcia dla
przeniesienia obciążenia i dwa przeguby typu kulowego. Przeguby pozwalają na przejęcie obciążeń, bez
przenoszenia niepożądanych efektów w kierunku podłoża.
Pierre Engel dla
www.constructalia.com
IV-7. Wzmacnianie i scalanie budowli zabytkowych
Wiek zabytkowych budynków czyni je podatnymi na uszkodzenia konstrukcyjne. Występuje wiele
problemów związanych ze spajaniem i wzmacnianiem takich konstrukcji. Naprawy podtrzymujące muszą
przywracać integralność konstrukcji, jednocześnie muszą być wykonywane bardzo dyskretnie, z pełnym
poszanowaniem zabytkowego charakteru budowli. Dodane elementy powinny być trwałe i odporne na
uszkodzenia spowodowane przez korozję. Stalowe montaże podtrzymujące i scalające są malowane,
zabezpieczane przez ocynk albo wykonane ze stali nierdzewnej. Dzięki doskonałemu modułowi
wytrzymałości stali, jej korzystnej cenie i podatności na formowanie, jest ona atrakcyjnym materiałem dla
konserwatorów i archeologów prowadzących prace renowacyjne zabytków.
Pierre Engel dla
www.constructalia.com
IV-8. Wzmacnianie ceglanych lub kamiennych podparć kratownic i wiązarów XIX-wiecznych dachów
Współpracujące z tradycyjnymi elementami nośnymi i podporami z kamienia lub z
cegły, stalowe wiązary dachowe o dużej rozpiętości powszechnie stosowano w
XIX wieku, zastępując nimi drewniane konstrukcje o gorszych parametrach.
Jednak podpory z upływem czasu ulegają niekiedy degradacji. Uszkodzenia
spowodowane są przenoszeniami na nie obciążeń pośrednich powstałych na
skutek interferencji drgań poszczególnych wiązarów.
Tego rodzaju uszkodzenia filarów, podpierających konstrukcję przeszklenia
centralnego dziedzińca, stwierdzono w budynku giełdy w Amsterdamie,
skonstruowanym przez Pétrusa Berlage około roku 1898. Po zastosowaniu
specjalnego stalowego gorsetu stało się możliwe przywrócenie prawidłowego
przeniesienia obciążeń pionowych bezpośrednio na filary ceglane, bez
jakichkolwiek efektów zakłócających.
Pierre Engel dla
www.constructalia.com
IV-9. Usunięcie słupów na elewacji w celu uzyskania większej przejrzystości
Dawna siedziba grupy PSA w Neuilly/Seine, zbudowana około 1960 r.,
została poddana renowacji w 2003 r. przez architektów Valode’a i Pistre’a, z
przeznaczeniem dla funduszu emerytalnego Whitehall. Dodano 9000 m²
powierzchni biurowej i wyremontowano istniejącą powierzchnię 35000 m²
zgodnie z wymogami współczesnych norm. Celem renowacji było stworzenie
przestrzeni wolnej od słupów, w celu uzyskania dużych powierzchni
nadających się do zagospodarowania. Takie przemodelowanie wymagało
usunięcia 2 400 słupów stalowych i przesunięcia 1 200 innych, aby powstały
układ konstrukcyjny pozwolił na aranżację w systemie przestrzennym.
Praca ta polegała na przebudowie elewacji, która wiązała się z usunięciem
80% słupów i poszerzeniem płyty o 600 mm, aby umożliwić założenie ściany
kurtynowej. Każdy z zachowanych słupów elewacji (odległych od siebie o 7
m) został wzmocniony przez obudowanie. Usunięte słupy zostały zastąpione ciągłą belką ściągającą, z
profilu spawanego PRS, opierającą się teownikach. Te ostatnie są odwrócone i przyspawane do
zachowanych słupów. Profile podwieszone na zaczepach pod belką PRS są do niej przyspawane i
umożliwiają przejęcie obciążenia od istniejącego stropu. Poszerzenie zapewnią profile zamontowane na
wsporniku.
Pierre Engel dla
www.constructalia.com
IV-10. Wzmocnienie słupa stalowym rdzeniem
Większość kolumn żeliwnych, z mniej lub bardziej ozdobionymi trzonami, jest wydrążona. Dla pomieszczeń
magazynowych przewidziano proste kolumny cylindryczne, natomiast w budynkach bardziej
reprezentacyjnych były one ozdabiane gzymsami, a nawet niekiedy rzeźbione. Chcąc zachować
odpowiednią wartość estetyczną, zastosowano rozwiązanie polegające na wzmocnieniu kolumny stalowym
wypełnieniem w kształcie okrągłych lub kwadratowych pełnych prętów. W tym celu należy zdemontować
kolumnę, jak pokazano na rysunku.
Nośność nowej kolumny zależy od nośności stalowego rdzenia wsuniętego w jej trzon. Dla zwiększenia
obciążenia krytycznego słupa używa się stali o wysokiej granicy elastyczności. W razie niedostatecznej
nośności projektantowi pozostaje jedynie wymienić oryginalną kolumnę na nowy element, wykonany z
pełnego walca stalowego lub rury o grubych ścianach i odpowiednim przekroju, do których można
przyspawać pierścienie lub osadzić specjalnie wykonane elementy, odlane z żeliwa.
Pierre Engel dla
www.constructalia.com
Copyright © 2014 Constructalia. All rights reserved