ANALIZA WPŁYWU BŁĘDÓW PROJEKTOWYCH I WYKONAWCZYCH NA AWARIĘ KAMIENICY Z LAT 30-TYCH XX w.pdf

Dr inŜ. Tomasz BŁASZCZYŃSKI, tomasz.blaszczynski@ikb.poznan.pl

Mgr inŜ. Piotr W. SIELICKI, piotr.sielicki@ikb.poznan.pl

Politechnika Poznańska – Instytut Konstrukcji Budowlanych

ANALIZA WPŁYWU BŁ Ę DÓW PROJEKTOWYCH I

WYKONAWCZYCH NA AWARI Ę KAMIENICY

Z LAT 30-TYCH XX w.

THE ANALYSIS OF DESIGN AND EXECUTIVE ERRORS INFLUENCE ON THE FAILURE OF THE

APARTMENT HOUSE FROM 1930s

Streszczenie Praca dotyczy oceny wpływu, wykonanych prac modernizacyjnych w pięciokondygnacyjnej

kamienicy murowanej, wzniesionej na początku XX wieku. Stwierdzono, Ŝe przeprowadzona modernizacja

miała istotny wpływ na uszkodzenie budynku. Nakładanie się dodatkowych czynników zewnętrznych, takich jak

prace ziemne w pobliŜu jednej ze ścian dodatkowo osłabiło ściany kamienicy. W artykule omówiono wykonane

dotychczas prace remontowe oraz podjęto próbę wyznaczenia stanu napręŜenia w murowej konstrukcji nośnej

przed i po modernizacji. Do obliczeń wykorzystano metodę elementów skończonych. Analiza wyników

umoŜliwiła szybką lokalizację miejsc szczególnie uszkodzonych w konstrukcji.

Abstract The paper refers to assess of the modernization works influence on the five story brick apartment

house, raised at the beginning XX century. It was discover, that executed modernization works had an essential

influence on the building damages. Interfering of the external factors, like earthworks near the gable wall,

additionally weakened analysed building walls. The executed modernization works were presented with the trial

of stress state in the masonry structure before and after modernization. Finite element method was used for

calculation. The result analysis made possible the quick location of places especially damaged in the masonry

structure.

1. Wprowadzenie

Analiza zagroŜonego zniszczeniem obiektu, wymusza na projektancie ,w stosunkowo

krótkim czasie, podjęcie decyzji o jego dalszej uŜytkowalności. Często moŜliwości obliczeń

analitycznych są znacznie ograniczone, o ile określenie aktualnego stanu napręŜenia wraz z

propozycją wzmocnienia najbardziej wytęŜonych elementów konstrukcji, nie jest tak

czasochłonne, to określenie przyczyn uszkodzenia dla całego wielkogabarytowego obiektu

wraz podjęciem odpowiednich działań zatrzymujących proces dalszego niszczenia, wymaga

często wielu miesięcy pracy. Śledząc kierunki rozwoju analiz projektowych i ocen

konserwatorskich w innych krajach, a takŜe rozwój stosowanych metod obliczeniowych [1],

dostrzec moŜna coraz częstsze wykorzystywanie nowych technik numerycznych a analizie

konstrukcji np. metody elementów skończonych. W przypadku analiz wybranych elementów

konstrukcyjnych oraz całych budowli, przykładowo kościołów, czy kamienic [1, 2], wnioski z

nich płynące są kluczowe dla dalszych prac, zarówno przy ocenie stanu uszkodzeń jak i

213

propozycji kolejnych prac naprawczych. Wiele analiz [3] opartych na obliczeniach

numerycznych staje się coraz bardziej ustandaryzowanych. Warto podkreślić, Ŝe tego typu

prace, które są wykonywane przez polskich inŜynierów, są juŜ na ogólnoeuropejskim

poziomie [4, 5]. Bazując na prostych analizach wytrzymałościowych, od pojedynczej cegły

przez filary, stropy, przypory czy teŜ fragmenty sklepień do zaawansowanych,

kompleksowych analiz (równieŜ dynamicznych) np. Bazylika św. Franciszka w AsyŜu czy teŜ

Katedra na Palmie [2], zgromadzono pewien bagaŜ doświadczeń, który jest uwzględniany i

wykorzystywany w kolejnych projektach. Dotychczas, stopień rozbudowania zadania MES w

przypadku złoŜonej analizy wielkogabarytowych obiektów budowlanych, oprócz oczywistych

moŜliwości przysparzał wiele problemów. Do głównych, naleŜy zaliczyć znaczną liczbę

elementów skończonych, a co za tym idzie równieŜ duŜą liczbę stopni swobody w zadaniu,

która często przekracza liczbę jednego miliona. W chwili obecnej dostęp do maszyn

obliczeniowych, przykładowo takich jak w Poznańskim Centrum Superkomputerowo

Sieciowym, rozwiązuje ten problem, tym samym ułatwiając tok obliczeń numerycznych.

PoniŜsze analizy przeprowadzono w zaawansowanym środowisku programu Abaqus v.6.6

[6].

2. Aktualna ocena stanu budynku

Analizowany budynek wzniesiony został prawdopodobnie na przełomie w latach 30-tych

okresu międzywojennego w konstrukcji tradycyjnej jako budynek podpiwniczony,

czterokondygnacjowy z poddaszem (Rys. 1). Praktycznie nie zachowały się Ŝadne elementy

dokumentacji technicznej na podstawie, której został zrealizowany. Nad poziomem piwnic

wykonano sztywny strop stalowo-ceramiczny typu Kleina, który był wraz z podłuŜną ścianą

usztywniającą jedynym elementem spinającym budynek. W obiekcie nie stwierdzono

wykonania skotwienia zastosowanych stropów drewnianych.

Rys. 1. Widok analizowanego budynku Rys. 2. Widok jakości wykonania ściany szczytowej

Ściany budynku były wykonane z cegły ceramicznej pełnej klasy ok. 10 MPa na zaprawie

cementowo-wapiennej marki > 3,5 MPa. Wszystkie ściany zarówno od zewnątrz jak i od

wewnątrz otynkowano tynkiem cementowo-wapiennym grubości 2-3 cm. Jakość wykonanych

ścian przedstawia rys. 2.

Brak prawidłowej opieki właściciela i uŜytkownika budynku doprowadził do jego

wstępnego zarysowania w części południowej (Rys. 3).

214

rysy do 2005 r.

Rys. 3. Stan techniczny elewacji do roku 2005

Analizowany budynek, w części przyziemia, jest przeznaczony na lokale uŜytkowe (aptekę

i sklep), a od I p. jest obiektem mieszkalnym. W części południowej, na II p., znajdują się

biura właściciela i administratora obiektu. Z poziomu piwnic pozostała jedynie część

piwniczna od strony północnej, która aktualnie przeznaczona jest na zaplecze techniczno-

laboratoryjne istniejącej nad nią apteki. Od strony południowej, w poziomie parteru, w

miesiącach lutym i marcu 2006 r., przeprowadzono adaptację wraz z modernizacją

konstrukcyjną, lokalu mieszkalnego na sklep. Realizację głównych prac wyburzeniowo-

konstrukcyjnych w pomieszczeniach sklepu zakończono w marcu 2006r. W trakcie tych prac

nastąpiło całkowite wyburzenie stropu nad piwnicą, wraz z zasypaniem pomieszczeń

piwnicznych i wykonanie na tym podłogi, bez odtworzenia usztywnienia konstrukcyjnego.

Dodatkowo prace konstrukcyjne realizowane w strefie sklepu polegały na brutalnym

wyburzeniu prawie całej, głównej, usztywniającej, ściany podłuŜnej budynku, z

pozostawieniem jedynie małych filarków i ułoŜeniem dwóch niezaleŜnych kształtowników

stalowych, które w załoŜeniu miały przenieść całość obciąŜenia ze ścian wyŜej leŜących. W

efekcie tych prac nastąpiły silne zarysowania w usztywniającej ścianie podłuŜnej i szczytowej

ścianie południowej (Rys. 4).

Rys. 4. Zarysowania na podłuŜnej ścianie nośno-usztywniającej na I p. z zablokowaniem drzwi, powstałe w

tracie prac w strefie sklepu na parterze

W trakcie prac modernizacyjnych w 2000 r., w strefie apteki (w parterze od strony

północnej), równieŜ wyburzono prawie połowę stropu masywnego nad piwnicą, nie

zastępując go innym układem zastępczym. W projekcie budowlanym prac modernizacyjnych

projektant przewidział układ zastępczy nad piwnicą, niestety właściciel go nie wykonał.

Od dnia 10.05.06 r. rozpoczęto na sąsiedniej działce nową inwestycję, której pierwszymi

pracami były prace palowe (pale Contractor), w bezpośrednim sąsiedztwie północnej ściany

215

szczytowej analizowanego budynku. Po mimo zalecenia projektanta nie przystąpiono do

monitoringu ściany szczytowej analizowanego budynku. W trakcie realizacji tych prac

zauwaŜono rysy na części północnej analizowanego obiektu. Na całej wysokości elewacji

podłuŜnych (od strony frontonowej i tylnej) na odcinku od ściany szczytowej północnej do

ściany klatki schodowej wystąpiły zarysowania i przemieszczenia pionowe. Dopiero w dniu

14.05.06 przystąpiono do monitoringu budynku istniejącego. W dniu 18.05.06 zatrzymano

prace palowe i zauwaŜono, Ŝe rozwartość rys w momencie wstrzymania prac sięgała juŜ 6mm

w strefie piwnicy i ok. 8 mm na poziomie III p. i nadal się pogłębiała (Rys. 5.).

rysy do 2005 r.

rysy po realizacji

„śabki”

rysy po realizacji prac

palowych na terenie

WCO

brak tynku

Rys. 5. Stan techniczny elewacji po wykonaniu prac modernizacyjnych w strefie sklepu ś abka i prac palowych

na terenie WCO

Na podstawie pomiarów geodezyjnych stwierdzono osiadanie ściany szczytowej północnej

wynoszące ok. 1 mm tygodniowo. Całkowita wartość osiadania przekroczyła w skrajnym

przypadku 21 mm (Rys. 6-8). Po zgłoszeniu zaistniałego faktu zarysowań do Powiatowego

Inspektoratu Nadzoru Budowlanego, prace te zostały wstrzymane.

Rys. 6-8. Przykładowe zarysowania od podwórza w części północnej

3. Analiza numeryczna

Pracę rozpoczęto od określenia celu oraz planu dalszej analizy i ewentualnej oceny

skuteczności proponowanych wzmocnień. Autorzy chcieli wyznaczyć miejsca koncentracji

napręŜeń wraz z ich wzajemnymi relacjami w poszczególnych punktach konstrukcji.

Porównanie analizy numerycznej wraz z rzeczywistą mapą zarysowania obiektu

umoŜliwiłoby określenie kluczowych stref wymagających naprawy. NaleŜy zaznaczyć, Ŝe

budowę przestrzennego modelu bryłowego ułatwiła skrupulatnie sporządzona inwentaryzacja

216

budynku. Rzuty kaŜdego z pięter kamienicy, wraz z jej elewacjami wykonano w formacie

CAD, by następnie wykorzystać je w zaawansowanym środowisku CAE. Pracę podzielono na

trzy etapy, w pierwszym kroku analizie poddano wyłącznie ścianę najbardziej zarysowaną,

zadanie modelowano jako dwuwymiarowe, kolejno zbudowano przestrzenny fragment części

kamienicy, z której wykuto strop. W trzecim ostatnim etapie modelowano całą kamienicę z

uwzględnieniem wszystkich ścian nośnych oraz otworów drzwiowych i okiennych. Następnie

w kaŜdym z wariantów obliczeniowych, dodatkowo uwzględniono poszczególne kroki, które

miały na celu ocenę zmian stanu napręŜenia w wyniku wyŜej opisanych prac, przykładowo

usunięcia fragmentu stropu parteru. W jednym z etapów wprowadzono osiadanie ściany

szczytowej, przy której są prowadzone prace ziemne. Przemieszczenie fundamentu

modelowano jako wymuszenie kinematyczne. Pomiar zmiany składowych napręŜenia

(szczególnie składowej pionowej) oraz rozwoju zarysowania ścian elewacyjnych, a takŜe

ścian wewnętrznych, nośnych, porównano z udokumentowanym stanem obecnym.

Poszczególne etapy przejścia od prostego do złoŜonego modelu geometrycznego pokazano na

Rys. 9-11. Rysunek 9 przedstawia najbardziej wytęŜoną ścianę, od strony podwórza, w której

równieŜ uwzględniono brak jednego ze stropów (przez zwolnienie podpory w kierunku

normalnym do powierzchni ściany). Uwzględniono takŜe osiadanie lewej części modelu

nieliniowo interpolując osiadanie w kolejnych fragmentach fundamentu.

Rys. 9-11. Modele obliczeniowe kolejno poddane analizie

W pierwszych wariantach zadań wykorzystano liniowo-spręŜysty model materiału dla

zhomogenizowanego ośrodka murowego. Parametry materiałowe ustalono na podstawie

metody omówionej w [4], wg której analiza niewielkiego fragmentu muru, przy

wykorzystaniu metody elementów skończonych, uwzględnia niejednorodność muru. W skali

makro mur moŜna w przybliŜeniu traktować jako materiał jednorodny, którego właściwości

są uśrednieniem właściwości spręŜystych elementów murowych i zaprawy [7]. Wyniki

umoŜliwiły oszacowanie stref najbardziej zagroŜonych oraz wpływu wykonanych prac

modernizacyjnych. W dalszym toku obliczeń zaadoptowano nieliniowy materiał

zaimplementowany juŜ w środowisku Abaqus. Ten nieliniowy materiał nie jest wraŜliwy na

rodzaj konstrukcji, umoŜliwia obliczenia wytrzymałościowe, dla materiałów quasi-kruchych

zarówno dla modeli belek, brył, płyt, jak i powłok. W zaprogramowanym zadaniu dopuszcza

się śledzenie rozwoju tzw. skalarnego parametru zniszczenia d , którego znaczenie wyjaśniono

na poniŜszym rysunku (Rys.12).

217

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: