07_Kawulok_M_Wzmocnienia_zdeformowanych_scian_szczytowych_budynkow_na_terenach_gorniczych.pdf

XXIV

awariebudowlane

Doc. dr hab. inŜ. M ARIAN K AWULOK

Instytut Techniki Budowlanej, Oddział Śląski, Gliwice

WZMOCNIENIA ZDEFORMOWANYCH Ś CIAN SZCZYTOWYCH

BUDYNKÓW NA TERENACH GÓRNICZYCH

THE STRENTGHENING OF DEFORMATED GABLE WALLS OF THE BUILDINGS

ON MINING AREAS

Streszczenie Podano skutki w budynkach spowodowane oddziaływaniem wielokrotnych, poziomych odkształ-

ceń terenu górniczego wywołujących zagęszczenie podłoŜa (-

Abstract The paper presents the effects in buildings caused by actions of the repeatedly horizontal strains

of the mining ground resulting in the soil condensation (-

1. Wst ę p

Oddziaływanie poziomych odkształceń terenu górniczego powodujących zagęszczenie

podłoŜa (-e) stanowi istotne zagroŜenie dla pionowych konstrukcji znaczniej zagłębionych

pod poziomem terenu lub znajdujących się, z uwagi na charakter tych oddziaływań, w nieko-

rzystnych warunkach górniczych względnie gruntowych. Do pierwszej grupy naleŜą na przy-

kład zbiorniki, mury oporowe, przyczółki mostowe, a do drugiej moŜna zaliczyć w zasadzie

wszystkie konstrukcje posadowione poniŜej poziomu terenu, w tym ściany budynków.

ZagroŜenie to wynika z obciąŜenia pionowych elementów konstrukcji, na które bezpośrednio

oddziałuje grunt, dodatkowym naporem generowanym poziomymi deformacjami podłoŜa

o charakterze ściskań. Niekorzystny efekt naporu w konstrukcji, działającego łącznie z czyn-

nym parciem gruntu, jest zaleŜny w pierwszym rzędzie od głębokości posadowienia obiektu,

ale takŜe od wartości poziomych odkształceń (-e)i właściwości gruntu (g, E, F, c) oraz od

wymiarów obiektu [1].

W referacie omówiono skutki wywołane w konstrukcji prawie stuletnich budynków,

podlegających wielokrotnym oddziaływaniom zagęszczających odkształceń podłoŜa górni-

czego. Szczegółowo opisano charakter deformacji ścian szczytowych tych budynków i przed-

stawiono zastosowane sposoby ich wzmocnienia. NaleŜy podkreślić, Ŝe dokładne informacje

dotyczące sytuacji górniczej, w jakiej znajdowały się budynki, wynikającą stąd genezę i cha-

rakter ich obciąŜenia oraz stan wytęŜenia ścian szczytowych zawarte są w pracach [2] i [3].

XXIVKonferencjaNaukowoTechniczna

SzczecinMiędzyzdroje,2629maja2009

). Zaszła konieczność wzmocnienia ścian szczyto-

wych tych budynków. Przedstawiono zastosowane sposoby zabezpieczenia ścian.

). Strengthening of the gable walls of buildings was

necessary. The applied ways of the wall protection are presented.

Geotechnika

2. Dane o budynkach

Opisywana sytuacja dotyczy 8 budynków, których usytuowanie przedstawiono na rys. 1.

Są one zlokalizowane praktycznie w jednej linii prostej, na odcinku o sumarycznej długości

około 180 m. Poszczególne budynki mają długość 16–28m z tym, Ŝe wykonano je jako cztery

bloki składające się kaŜdorazowo z dwóch budynków. W Ŝadnym bloku budynki nie są

oddzielone dylatacjami, a ich wewnętrzne ściany szczytowe przylegają do siebie. Bloki mają

długość od 32 m do 47 m, stałą szerokość 11,5 m i wysokość 2 lub 3 kondygnacji nadziemnych,

ze strychem. Odstępy między blokami są stosunkowo nieduŜe, w granicach 3,3

5,3 m.

Rys. 1. Usytuowanie budynków

Budynki wykonano w technologii tradycyjnej na początku XX wieku Są to wielorodzinne

budynki mieszkalne, o czterech kondygnacjach nadziemnych, podpiwniczone pod całym lub

częścią rzutu poziomego, ich zagłębienie w gruncie wynosi do 1,5m. Fundamenty wykonane

są z kamienia lub z cegły, natomiast ściany z cegły. Strop nad piwnicą jest ceramiczno –

stalowy typu Kleina, oparty na ścianach podłuŜnych i szczytowych. Stropy wyŜszych kon-

dygnacji są drewniane, oparte na ścianach podłuŜnych. Ściany podłuŜne są perforowane otwo-

rami okiennymi i drzwiowymi. Ściany szczytowe są bez otworów, o grubości:

– piwnice i parter 0,51 m,

– pozostałe kondygnacje i strych 0,38 m,

– ścianka ogniowa 0,25 m.

W ścianach niektórych budynków, w poziomach stropów zostały załoŜone, juŜ w trakcie

uŜytkowania, stalowe ściągi.

272

Kawulok M.: Wzmocnienia zdeformowanych ś cian szczytowych budynków na terenach górniczych

3. Obci ąŜ enie budynków i ich skutki w konstrukcji

W rejonie budynków prowadzona była od kilkudziesięciu lat eksploatacja górnicza kilku-

nastu pokładów, których front robót od osi podłuŜnej omawianej zabudowy był kaŜdorazowo

odchylony o około 20° (rys. 1).Budynki znajdowały się nad wybranym polem, większości

pokładów, w nieduŜej odległości od południowej i północnej krawędzi ich eksploatacji.

Oznacza to, Ŝe w tych przypadkach wartości d 1 i d 2 były zawsze dodatnie. Konsekwencją tego

było narastanie wartości poziomych odkształceń podłoŜa o charakterze ściskań (-

) [2], a tym

), a przede wszystkim naporów

na pionowe ścianki fundamentów i ściany szczytowe budynków p [1].

Schemat dodatkowego obciąŜenia budynków (w zasadzie bloków składających się kaŜdo-

razowo z dwóch budynków) przedstawiono na rys. 2. Efektem tego rodzaju oddziaływań były

deformacje ścian szczytowych oraz uszkodzenia kondygnacji piwnicznych budynków.

Rys. 2. Schemat obciąŜenia budynków

3.3. Wyniki pomiarów

Zewnętrzne ściany szczytowe poszczególnych bloków zostały mocno odkształcone, co gene-

ralnie polegało na ich „wepchnięciu do budynku” w partiach zagłębionych w gruncie. Jedno-

cześnie wystąpiły znaczne uszkodzenia w pozostałych ścianach i posadzkach piwnic oraz

w stropach nad piwnicami. W elementach tych lokalnie obserwowano zmiaŜdŜenie konstrukcji.

Wykonano pomiary skrajnych krawędzi poszczególnych budynków według schematu

przedstawionego na rys. 3, których podstawowe wyniki zestawiono w tabl. 1.

d 3

budynek

Rys. 3. Schemat pomiarów deformacji skrajnych

krawędzi budynków

h 3

d śr

d max

h 1

poziom

terenu

d 0

Wyniki pomiarów oraz oględzin makroskopowych ścian dostarczyły ponadto następują-

cych spostrzeŜeń odnośnie ich stanu technicznego:

– największą wartość przemieszczenia d o wykazywała ściana budynku 226,

– mimo stosunkowo nieduŜych odchyleń od pionu, w szczególnie niekorzystnej sytuacji

znajdowała się ściana szczytowa budynku nr 228, która odspoiła się od wewnętrznej

273

samym wzrost poziomych napręŜeń ścinających w gruncie (

Geotechnika

ściany podłuŜnej – na wysokości pierwszej i drugiej kondygnacji przebiega rysa

w poziomie stropów o maksymalnej rozwartości około 5 cm; w obliczeniach wykluczało

to moŜliwość podtrzymania wychylonej ściany szczytowej w kierunku poziomym przez

wewnętrzną ścianę podłuŜną,

– w budynku 234 stwierdzono pionowe spękania ściany w dolnych jej partiach; w pozio-

mie strychu zaobserwowano odspojenie stropu od ściany,

– niezaleŜnie od tego niektóre zewnętrzne ściany szczytowe były odkształcone ze swojej

płaszczyzny, co najczęściej polegało na lokalnym wybrzuszeniu; większe tego rodzaju

odkształcenia ścian zostały zinwentaryzowane i następnie uwzględnione w obliczeniach.

Tablica 1.Deformacje zewnętrznych krawędzi ścian szczytowych budynków

Deformacje krawędzi [mm]

krawędź wschodnia

krawędź zachodnia

d o

d 1

d 2

d 3

d o

d 1

d 2

d 3

226

224

164

112

228

150

228

–

230

154

–

132

131

–

232

krawędź niedostępna

-30

–

234

171

–

125

161

–

137

118

236

144

–

150

110

–

238

–

Uwaga: 1) d o , d 1 , d 2 , d 3 – według rys. 3,

2) wartości d i mierzono na róŜnych wysokościach ścian, w miejscach swobodnego dostępu, przy czym

w większości: h 0

11m, h 3 »

9m, h 2

6m, h 1

3m.

Wykonano obliczenia ścian szczytowych, jako części składowych budynków, czyli w zale-

Ŝności od konkretnej sytuacji mogących mieć połączenie ze ścianami podłuŜnymi i stropami.

Oprócz deformacji ścian uwzględniono obciąŜenie cięŜarem własnym i uŜytkowym budynku

oraz obciąŜenie wiatrem. Obliczenia wykazały, Ŝe ściany szczytowe znajdują się w stanie

awaryjnym [3]. Wymagało to ich natychmiastowego wzmocnienia.

4. Zastosowane sposoby wzmocnienia ś cian

Zapewnienie stateczności ścian powinno polegać na ich poszerzeniu do wysokości uzaleŜ-

nionej od istniejącego wychylenia, by wyeliminować w ścianach stref o napręŜeniach rozcią-

gających. Tego rodzaju rozwiązanie, którego istotę przedstawiono na rys. 4, zostało zapropo-

nowane do realizacji. W części zagłębionej, pomiędzy ścianę a grunt załoŜono warstwę

styropianu. Sposób ten zastosowano w odniesieniu do dwóch ścian.

Zastosowano takŜe dwa inne sposoby wzmocnienia ścian, opracowane przez jednostki

projektowe zajmujące się zabezpieczeniami budynków tego obszaru przed oddziaływaniami

górniczymi.

Pierwszy z nich [5] polegał na wykonaniu trzech Ŝelbetowych ram, podpierających ścianę

szczytową, według schematu pokazanego na rys. 5, skonstruowanych w liniach ścian podłuŜ-

nych. Dodatkowo, pomiędzy tymi ramami, załoŜono w poziomach stropów [240. Sposób ten

zastosowano do jednej ściany budynku.

Natomiast drugi [6] polegał na załoŜeniu po zewnętrznej stronie ściany siatki prostokątnej,

wykonanej z profili stalowych (rys. 6):

274

Ściana

budynku

Kawulok M.: Wzmocnienia zdeformowanych ś cian szczytowych budynków na terenach górniczych

– [240 w liniach podłuŜnych ścian zewnętrznych i po obu stronach ściany wewnętrznej,

w której bezpośrednio przy ścianie szczytowej umiejscowiony był komin, i w poziomie

stropów,

– [120 pionowych profili pośrednich.

Profile załoŜono w płaszczyźnie pionowej, a szczelinę między profilami i ścianą wypełniono

zaprawą o zmiennej grubości. Pionowe profile [240 biegnące w liniach ścian podłuŜnych,

zostały zakotwione w pomieszczeniach, wewnątrz budynku. Stanowiło to duŜe utrudnienie

w wykonaniu tego wzmocnienia, które zastosowano takŜe w odniesieniu do dwóch ścian.

Rys. 4. Poszerzenie szerokości ściany

Rys. 5. Rama Ŝelbetowa

Rys. 6. Stalowa konstrukcja wzmacniająca

275

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: