Kształtowanie wymiarów i stref zakotwień elewacyjnych płyt okładzinowych

Płyty nowoczesnych elewacji z kamienia naturalnego  są mocowane różnego rodzaju stalowymi kotwami do elementów konstrukcji budynku. Łączniki te wywołują miejscowe koncentracje naprężeń w płytach kamiennych, dlatego wymiary płyt i rozmieszczenie stref ich zakotwienia powinny spełniać odpowiednie wymagania wykonawczo-konstrukcyjne opublikowane w zaleceniach krajowych i zagranicznych. Płyty z kamienia naturalnego do wykonywania okładzin pionowych są zamawiane bezpośrednio u producenta (fot.1) lub sprowadzane jako półprodukt i cięte w zakładach kamieniarskich (fot.3). Gniazda kotwiące są wiercone w płytach, najczęściej w zakładach kamieniarskich lub bezpośrednio na budowie. Przy doborze płyt na elewację uwzględnia się najczęściej jedynie zalecenia architektoniczne dotyczące kształtu, faktury, czy koloru płyt, często zapominając o wymaganiach technicznych, które powinny spełniać te elementy. Przepisy europejskie dotyczące kształtowania wymiarów i stref zakotwień jednoznacznie określają wymogi, które powinny spełniać płyty okładzinowe. Wymiary i strefy zakotwień płyt - zalecenia polskie [8]  Grubość, długość i szerokość płyt okładzinowych zależą od czynników technicznych, technologicznych i architektonicznych. Czynnikami technicznymi wpływającymi na grubość są: wielkość powierzchni licowej płyty, wytrzymałość materiału, obciążenia siłami zewnętrznymi, takimi jak parcie i ssanie wiatru, wytrzymałość przy docisku elementów kotwy do kamienia i do materiału ściany, wyłamywanie kamienia przez elementy kotwienia. Płyty okładzinowe na fasadach i ich zakotwienie są silnie obciążone wiatrem, ciężarem własnym itd. Gdy kotew nie jest starannie osadzona w otworze albo gdy płyta jest za cienka, wówczas kotwa obluźnia się lub wyłamuje bok otworu [7] Według polskich zaleceń wykonawczych [8] we wszelkiego rodzaju zakotwieniach płyt odstęp od środka otworu do krawędzi płyty powinien być równy co najmniej dwukrotnej głębokości otworu. Powierzchnia płyty nie powinna być większa od 1 m2. Korzystne jest takie jej zwymiarowanie (ze względów technologiczno-montażowych), aby masa nie przekraczała 70 kg.  Ze względów wytrzymałościowych zalecane jest, aby stosunek boków płyty nie przekraczał wartości 1:2 (szczególnie dla płyt mocowanych bokiem dłuższym w układzie poziomym).Formaty płyt kamiennych przyjmuje się również w zależności od naturalnej miąższości warstw w kamieniołomie i od rodzaju maszyn używanych do odspajania i obróbki kamienia. Wymiary płyt kamiennych zgodnych z zaleceniami normowymi [5], [6] przedstawiono w tabl. 1 i w tabl. 2.

Podczas zakotwienia płyt należy przestrzegać następujących zasad:

- każda płyta powinna być zakotwiona w 4 punktach,

- średnica otworu na trzpień osadzony w  zaprawie powinna być co najmniej o 34 mm większa od grubości trzpienia w spoinie pionowej można zamocować tylko jedną kotwę nośną w spoinie poziomej dopuszcza się dwie kotwy nośne, które nie mogą jednak oddziaływać rozciągająco ani naciskająco na dolną płytę,

- liczba punktów zakotwień powinna wynosić 46 w zależności od wymiarów i ciężaru elementu głębokość otworów w płytach okładziny kamiennej powinna wynosić co najmniej:

2025 mm - w elementach ze skał magmowych i przeobrażonych

oraz wapieni zbitych (twardych) i dolomitów,

2530 mm - w elementach z piaskowców twardych,

3050 mm - w elementach z piaskowców miękkich, wapieni lekkich (miękkich) i tufów.

Minimalne głębokości otworów wykonywanych w elementach kamiennych na trzpienie klamry i kotwy podano w tablicy 3.

Płyty o kształcie prostokątnym i wyraźnie zróżnicowanych wymiarach szerokości do wysokości powinny być mocowane do ściany w układzie pionowym wg rys.1 lub w układzie poziomym wg [4] oraz rys. 2. Rys.1 i rys. 2 podają również zasady rozmieszczania otworów na trzpienie kotwi w bocznych krawędziach płyt. Otwory te w przypadku płyt o wymiarach prostokątnych powinny być oddalone od naroża płyty maksymalnie na odległość 1/5 długości krawędzi płyty. Dla płyt o kształtach zbliżonych do kwadratu odległość ta powinna wynosić 1/6 długości krawędzi. Dla płyt o względnie dużej smukłości odległość otworów na trzpienie kotwi stalowych od naroża płyty powinna wynosić nie więcej niż 1/4 długości jej dłuższej krawędzi. Minimalna odległość krawędzi otworu od naroża płyty e nie może być mniejsza od grubości płyty oraz od podwójnej głębokości otworu w płycie dla trzpienia kotwiące-go (należy przyjąć wymiar większy). Maksymalny rozstaw kotwi w stykach poziomych płyt powinien wynosić 60 cm, a w stykach pionowych nie więcej niż 120 cm. Przyjęcie większego rozstawu kotwi wymaga każdorazowego uzasadnienia obliczeniowego. Rozmieszczenie kotwi powinno być symetryczne względem głównych osi symetrii płyty. Każda płyta powinna być mocowana do ściany minimum dwiema kotwami nośnymi i dwiema kotwami stabilizującymi. Głębokość otworów przeznaczonych na zakotwienie płyty powinna być wyznaczona na podstawie obliczeń wytrzymałościowych i wymagań technologicznych. Wymiary i strefy zakotwień płyt okładzinowych - zalecenia angielskie wg [2]. Wytyczne do projektowania okładzin z płyt kamiennych jak również kształtowanie poszczególnych płyt okładzinowych zawarte są w normie angielskiej BS 8298: 1994 - "Design and instalation of natural stone clading and linnig". W Wielkiej Brytanii poza typowymi rozwiązaniami kotwienia okładzin popularną metodą jest mocowanie płyt kotwami dźwigającymi. W tylnym licu płyt wykonuje się poziome lub ukośne nacięcia, w które wsuwa się dolną półkę płaskownika, mają one tę zaletę, że pozwalają na niewidoczne mocowanie płyt [2]. Angielskie standardy zalecają grubość płyt okładzinowych od 20  75 mm. Obrzeże płyt mogą być zaopatrzone w przylgę, która zapobiega penetracji wody. Minimalna grubość płyt, wymiary i położenie gniazd zakotwień podano w tablicy 4. Otwory na kotwy powinny być oddalone od naroża płyty w odległości 1/41/5 jej rozpiętości, przy czym minimalne odległości otworu na kotwie od obrzeża płyty wynosi 75 mm, a maksymalne dla kotwi dźwigających 150 mm (por. rys. 3 i 4).  Minimalna długość trzpienia kotwi lub półki kątownika bezpośrednio podpierających płytę powinny wynosić 1/6 rozpiętości płyty  (kotwie dźwigające)- rys 3. Najmniejsza głębokość osadzenia trzpienia kotwi w płycie wynosi 20 mm - rys 4. Głębokość podparcia płyty wynosi minimum połowę jej grubości. Oś otworu na trzpień kotwi powinna się znajdować w połowie grubości płyty. Minimalna grubość okładziny kamiennej od lica zewnętrznego płyty do brzegu otworu na zakotwienie m musi być większa lub równa minimalnej grubości okładziny kamiennej od lica wewnętrznego płyty do brzegu otworu na zakotwienie t (por rys.4). Wymiary  i strefy zakotwień płyt okładzinowych  - zalecenia niemieckie [1]. Zasady rozmieszczania zakotwień w płytach okładzinowych określane są doświadczalnie według zasad podanych w normie DIN 52 112. Do doświadczeń używa się co najmniej 3 (w badaniach polowych) lub 5 (w badaniach laboratoryjnych) próbek z jednej partii materiału, ich wymiary to:

150 x 150 mm dla płyt o grubości do 50 mm

200 x 200 mm dla płyt o grubości 5080 mm

300 x 300 mm dla płyt o grubości ponad 65 mm (płyty o dużych wymiarach).

Doświadczenie polega na wyłamaniu trzpienia kotwi siłą T, prostopadłą do płaszczyzny płytki i pomiaru promienia odłamu bA  rys.5a. Wartość nośności obliczeniowej na wyłamanie trzpienia kotwi z płyty podano w tabl. 6. Oznaczenia odległości pomiędzy elementami konstrukcyjnymi płyt okładzinowych pokazuje rys. 5 b natomiast rozstaw tych elementów należy projektować wg schematów zawartych na   rys. 6. Na rysunku 6 pokazano wytyczne do obliczania zredukowanej nośności obliczeniowej gniazda zakotwienia płyty w zależności od jej szerokości współpracującej. Minimalna odległość osi trzpienia kotwi do narożnika płyty e wg [1] wynosi:

e = 2.5d

gdzie: d  grubość płyty

W Polsce najczęstszym błędem przy wykonywaniu elewacji z kamienia naturalnego jest stosowanie płyt o dużej smukłości (np. o stosunku boków ponad 1:4), elementy te, szczególnie jeżeli mocowane są w układzie poziomym, często wymagają wzmocnienia oraz każdorazowo sprawdzenia  obliczeniowego. Przedstawione przepisy europejskie dotyczące warunków technicznych kształtowania wymiarów i stref zakotwień płyt okładzinowych uzupełniają się wzajemnie. Mogą one stanowić pomoc przy doborze płyt na elewacje z kamienia naturalnego. Dobór stref zakotwień powinno się przeprowadzać dodatkowo w oparciu o szczegółową analizę obliczeniową będącą jednym z podstawowych kryteriów wymiarowania przy projektowaniu okładzin z kamienia.

Literatura

Fasaden Bekleidung Bautechnische Informaction Naturwerkstein. DNV.1.5. Wurzburg 1993.

Harrison P.: Facing the problems. „Natural Stone Specialist” nr 1, 1997 r.

PN-72/B-06190 Roboty kamieniarskie. Okładzina Kamienna.     Wymagania w zakresie wykonywania i badania przy   odbiorze.

Maślaniec J.: Stabilność okładzin elewacyjnych z kamienia naturalnego. Materiały Budowlane nr 9/99

PN-84/6747-13 Badania materiałów kamiennych. Metody pomiaru cech geometrycznych i sprawdzenie własności fizycznych elementów i wyrobów z kamienia.

PN-86/6747-10 Elementy płytowe z kamienia naturalnego. Płyty do okładzin pionowych zewnętrznych i wewnętrznych.

Thuning W. Wilcke H.: Kamieniarstwo. Wyd. Szkolne i Pedagogiczne. W-wa 1987 r.

Warunki techniczne wykonania i odbioru robót budowlano-montażowych. T.1. Budownictwo ogólne. cz. 4.  Ministerstwo Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa. Opracowanie ITB. Warszawa. Arkady, 1990 r.

• « poprz.
• nast. »