Do wznoszenia różnego rodzaju konstrukcji budowlanych wykorzystuje się obecnie najrozmaitsze materiały, w tym drewno, kamienie naturalne, stal, beton czy tworzywa sztuczne. Jednak z uwagi na wiele niezaprzeczalnych zalet od dekad w branży powszechnie stosowana jest konstrukcja żelbetowa szkieletowa, czyli beton zbrojony stalowymi wkładkami umieszczanymi w miejscach występowania naprężeń, które przekraczają wytrzymałość betonu. Rozwiązanie to bywa określane mianem wynalazku XIX wieku.
Czym są konstrukcje żelbetowe i jaka jest historia ich wynalezienia? Jakie są ich rodzaje, cechy, zalety i wady oraz zastosowanie?
Czym są konstrukcje żelbetowe
Na określenie żelazobetonu używa się też nazw: żelbet lub żelbeton (przez niektórych uznawana za formę niepoprawną, ale odnotowana przez WSJP), beton zbrojony, a niekiedy: stalbet lub stalbeton. Konstrukcja żelbetowa szkieletowa to kompozytowy materiał budowlany stanowiący połączenie betonu ze stalowymi prętami zbrojeniowymi lub jednym elementem stalowym zwanym wkładką stalową. Jest on stosowany, aby zwiększyć wytrzymałość danej konstrukcji i zapewnić bezpieczeństwo użytkowania wzniesionego obiektu. Żelbet formowany jest najczęściej przy użyciu form drewnianych (szalunki), plastikowych lub stalowych w pojedyncze elementy konstrukcyjne lub całe obiekty monolityczne.
Pierwsze konstrukcje żelbetowe
Historia żelbetu sięga XIX wieku. W 1848 roku francuski wynalazca Joseph-Louis Lambot zbudował z niego barkę – opatentowaną trzy lata później i zaprezentowaną w 1855 roku na wielkiej wystawie w Paryżu. Za drugiego wynalazcę żelazobetonu uważa się też jego rodaka Josepha Moniera – wersalskiego ogrodnika, który w 1867 roku opatentował betonową donicę do kwiatów zbrojoną drucianą siatką. Ale dopiero w 1892 roku francuski konstruktor Francois Hennebique opatentował zasadę wznoszenia jednolitych konstrukcji żelbetowych szkieletowych. Całość tworzyły słupy, belki i płyty stropów. Wszystkie elementy powiązane były stalowym zbrojeniem. Wynalazek miał ogromne znaczenie dla budownictwa. Natychmiast rozpowszechnił się w Europie i szybko dotarł do Polski. W naszym kraju pionierem zastosowania żelbetu w budownictwie był inżynier Marian Lutosławski, który jako pierwszy w kraju opracował naukowo i praktycznie zagadnienia konstrukcji żelbetowej, a także zastosował tę technologię w praktyce. W latach 1908–1909 zaprojektował i zbudował dwa pierwsze żelbetowe mosty w Lublinie.
4 rodzaje konstrukcji żelbetowych
Stal z betonem można łączyć na wiele sposobów, dlatego wśród konstrukcji żelbetowych wyróżnić da się kilka podstawowych typów takich jak:
- zwykły żelbet – w którym zbrojenie ma postać stalowych prętów umieszczanych w szalunku na budowie lub w wytwórni prefabrykatów, a następnie zalewanych betonem; w uzyskanych w ten sposób elementach konstrukcyjnych stal przenosi naprężenia rozciągające, a beton ściskające;
- siatkobeton – w którym zbrojenie konstrukcji żelbetowej szkieletowej ma postać stalowej siatki o kwadratowych lub prostokątnych oczkach równomiernie rozmieszczonej w kilku warstwach ściany danego elementu; charakteryzuje się dużą jednorodnością, jest wytrzymała na rozciąganie i odporna na powstawanie rys;
- beton sprężony – zbrojenie główne stanowią w tym wypadku stalowe cięgna sprężające, które nie tylko przenoszą naprężenia rozciągające w materiale, ale też zwiększają wytrzymałość betonu na rozciąganie, ściskanie i działanie dużego obciążenia; ze względu na sposób wprowadzenia naprężeń sprężających rozróżnia się:
- strunobeton – naprężanie zbrojenia (drutów, strun) wykonuje się przed ułożeniem mieszanki betonowej;
- kablobeton – naprężenie zbrojenia (kabli, lin, prętów) wykonuje się po stwardnieniu betonu;
- drutobeton (fibrobeton, włóknobeton) – w którym zbrojenie składa się z krótkich kawałków cienkiego drutu ze stali lub tworzyw sztucznych równomiernie rozmieszczonych w masie betonowej.
Cechy konstrukcji żelbetowej szkieletowej
Dzięki swoim szczególnym właściwościom konstrukcje żelbetowe są powszechnie stosowane i wciąż dominują w budownictwie, mimo że na rynku raz po raz pojawiają się nowe rozwiązania technologiczne i materiały, takie jak na przykład beton samonaprawialny czy zginalny.
Przeczytaj również: Nowoczesne technologie w budownictwie.
Jedne z najważniejszych cech żelbetu to: elastyczność w formowaniu, która umożliwia wykonanie z niego konstrukcji o dowolnym kształcie, a także znaczna trwałość oznaczająca, że jest odporny zarówno na naturalne zużycie, jak i uszkodzenia mechaniczne. Ponadto konstrukcje żelbetowe są ogniotrwałe.
Dzięki połączeniu właściwości betonu (świetnie przenoszącego naprężenia ściskające) i stali (zapewniającej wytrzymałość na rozciąganie) kompozyt odznacza się dużą wytrzymałością na statyczne i dynamiczne obciążenia. Współpraca obydwu materiałów jest możliwa dzięki przyczepności betonu do powierzchni stali oraz zbliżonej rozszerzalności termicznej.
Zalety i wady konstrukcji żelbetowych
Wiele zalet konstrukcji żelbetowych wynika oczywiście wprost z ich właściwości – jak chociażby wspomniane wcześniej: dowolność formowania złożonych elementów i konstrukcji, wysoka odporność na znaczne obciążenia stałe i zmienne czy ogniotrwałość zapewniająca bezpieczeństwo pożarowe budynków. Niestraszne im także zmiany wilgotności oraz inne wpływy atmosferyczne – zwłaszcza jeśli zastosujemy zabezpieczenie powłokowe. Przy zachowaniu właściwej otuliny wkładek stalowych i poprawnym zagęszczeniu układanej mieszanki betonowej materiał ten jest również odporny na korozję. Warto także wspomnieć, że są one bezpieczne, ponieważ ewentualne zniszczenie zostanie poprzedzone silnym zarysowaniem, co pozwoli odpowiednio szybko zareagować. Konstrukcja żelbetowa szkieletowa jest ponadto łaskawa dla naszych portfeli, co wydaje się szczególnie istotne w kontekście drożejących materiałów budowlanych: ma przystępną cenę i wiąże się z niskimi (lub wręcz zerowymi) kosztami konserwacji.
A jakie są wady konstrukcji żelbetowych? Przede wszystkim mają duży ciężar i niewielkie możliwości zmiany raz nadanych kształtów. Sporym minusem kompozytu jest też niestety wysokie przewodnictwo dźwięku i ciepła, co wymusza konieczność zadbania o izolację akustyczną i termiczną ścian i stropów w budynkach przeznaczonych do długotrwałego przebywania ludzi. Materiał ten bardzo łatwo i szybko się rysuje, negatywnie wpływając na estetykę uszkodzonych elementów. Dodatkowo trudno wykonywać konstrukcje żelbetowe w czasie mrozów, gdyż wymagają one wówczas komplementarnej pielęgnacji typu ogrzewanie czy dodatki chemiczne.
Zastosowanie konstrukcji żelbetowych
Żelbet to materiał niezwykle uniwersalny, o szerokim wachlarzu zastosowań. Używa się go do budowy nie tylko ław fundamentowych, lecz także schodów, stropów, ścian, płyt, powłok, słupów i wielu innych. Ze względu na wysoki stopień odporności pożarowej konstrukcja żelbetowa szkieletowa jest wykorzystywana między innymi do wznoszenia rozmaitej wielkości budynków mieszkalnych, użyteczności publicznej, gospodarczych, hoteli, fabryk czy hal przemysłowych. Ale to nie wszystko – buduje się z niej także elementy nośne obiektów takich jak mosty, wiadukty, tunele i estakady. Konstrukcji żelbetowych używa się również w wypadku obiektów o specjalnym przeznaczeniu, takich jak stadiony, forty, schrony, mury oporowe, szyby czy zbiorniki wodne, a nawet do formowania postumentów czy pomników.
Chcesz dowiedzieć się więcej o konstrukcjach żelbetowych, nowoczesnych rozwiązaniach technologicznych oraz digitalizacji budownictwa, nieruchomości i zarządzania obiektami? Zapraszamy do lektury artykułów blogowych na temat branży budowlanej. Skontaktuj się z nami, jeżeli masz jakieś pytania dotyczące platformy PlanRadar, lub od razu przetestuj darmową wersję oprogramowania przez 30 dni.
