• épületszerkezetek
• panelház

A panelfelújítások tartószerkezeti vonatkozásai

A lemezvázas rendszer szerkezeti sajátosságai

A nagypaneles rendszerű épületek építészeti és tartószerkezeti telje­sítőképességét alapvetően befolyásolja a szobaméretű alapegység, az ún. cella raszter mérete. Ez szorosan összefüggött egyrészt az alkal­mazott gyártási, szerelési technológia, másrészt a normatív lakásmé­ret (53 m²) által megszabott korlátokkal. A fejlesztési és komfortja­vítási törekvések mindvégig a cellaméret növelésének irányában ha­tottak. Kiindulás volt a Budapesti 1. sz. házgyár 3,20 x 5,40 m-es raszterre készített monocellás megoldása, amely a gyártás számára nagyon kedvező volt, lévén az elemváltozat szám viszonylag ala­csony.

Építészeti szempontból jogos volt a kifogás a 3,60 m-es leg­nagyobb cellaszélesség miatt. A 4,20 m-es maximális harántfesztávú változat a gyártás számára elvileg hasonló eredménnyel járt, mint a 3,60 m-es. Ennek sikeres monocellás változata nem alakult ki. A kor­szak vége felé jutottak el az 5,40 x 5,40 m és 5,40 x 2,70 m-es cella­méretig és elvileg foglalkoztak az alapvetően más statikai kategóriát képviselő, egyben alaprajzi flexibilitást megengedő nagy fesztávolságú szerkezet alkalmazásával, aminek gyártástechnológiai feltételei azonban nem álltak rendelkezésre.

A cellaméretek, azok variációs lehetőségei, valamint az elemfajták száma közötti összefüggés az 1. táblázatból is látható, amely csak a 4 fővárosi házgyárra jellemző adatokat mutatja be.

A hazai panelépület-állományból statikai szempontból, azaz a me­chanikai szilárdság és állékonyság követelménye szempontjából a 10+1 szintes épületek képviselik a mértékadó kategóriát. A szintek azonossága és az alaprajzi beosztás monotóniája következtében ezek az épületek néhány lemezvázmodellel jól leírhatók. Az épületek cellás rendszerűek, azaz a szobaméretű modulon belül a hosszanti és harántirányú falak is teherhordók, így az erőjáték meghatározóan térbeli.

1. ábra

A használati („üzemi”) állapotban meghatározó súlyterhek felvétele szempontjából a térbeliség teherelosztó hatása viszonylag egyszerűen közelíthető, a terhek a falak között szinte a statikailag határozott átvitel szabályai szerint szétoszthatók, anélkül, hogy nagy hibát követnénk el. Ennek illusztrálására és a szilárd­sági tartalékok érzékeltetésére szolgál a következő közelítő számítás egy „első generációs”, 3,60 x 5,40 m-es monocellás épületen (1. áb­ra).

G = [3,60 x 5,40+(3,60+5,40) x 3,00] x 0,15 x 24 = 167 kN.

Egy közbenső, 3 m magas szinthez tartozó szerkezeti sejt önsúlya: Mértékadó betonfeszültség a legalsó szint falaiban 10 szint eseté­ben:

σ_beton = (10 x 167) / ((3,60 + 5,40) x 0,15) = 1240 kN/m² = 1,24 N/mm²

σ_bH = 14 N/mm²

Tehát az önsúlyból származó betonfeszültség egy 10 emeletes épü­let esetében töredéke a határfeszültségnek, még a vasalás figyelmen kívül hagyásával is. Ugyanakkor a szerkezeti önsúly ezen épületek esetében a függőleges terhelés meghatározó részét adja, mivel a szűk alaprajzi méretek mellett a hasznos alapterület nagy része ténylege­sen közlekedésre szolgál. Mindebből az következik, hogy a lemezvá­zas rendszerű szerkezet a rá ható, önsúly jellegű függőleges állandó terhek hatására messze a szilárdsági teljesítőképessége határain belül van.

A belső teherhordó falak 150 mm-es vastagsága a legtöbb elem­készletre jellemző, megemlítendő kivételt jelentenek a Larsen-Nielsen-rendszerű 15 szintes toronyházak, ahol a falvastagság csak 120 mm (1. fotó).

1. fotó

Födémpanelek

A födémpanelek vastagsági mérete az első rendszereknél 100 mm volt, amit az emelési kapacitás növekedésével 120, 140, végül 1970-től kezdődően 165 mm-re növeltek. Az elemek két irányban tehervi­selő, 3 vagy 4 oldalon felfekvő lemezként működnek. A felfekvés mélysége a teherátadó fogaknál 50-60 mm, ezek közötti szakaszokon 10-15 mm. A vasalás méretezésénél az 1 órás tűzállósági határérték volt a meghatározó feltétel, ami azt jelenti, hogy a panelek normál használati állapotra vizsgálva rendelkeznek teherbírási tartalékkal, már csak a ténylegesen repedésmentes állapot miatt is, de ez a tűzál­lósági követelmény miatt nem aknázható ki.

Vízszintes erőhatások

Vízszintes erőhatások is működnek a szerkezetre, ezek lehetnek tartósak, rövid idejűek, illetve rendkívül ritka előfordulásúak. Lénye­ges a szélteher (rövid idejű, meteorológiai teher) és a földrengés ha­tása (rendkívüli teher). Tartós vízszintes erők származnak a szerelé­si-elhelyezési alaki- és mérethibákból, amelyek azonban csak lokáli­san hatnak. A fő vízszintes erőkkel szemben az épület, mint talajra helyezett zömök konzol viselkedik. Az ebben fellépő hajlításból és nyírásból keletkező belső tárcsaerők eloszlása a fal- és födémtárcsák merevségi viszonyainak függvénye. Belátható, hogy ezeket a merev­ségeket a terv szerint vagy illegálisan kialakított nyílásáttörések je­lentősen befolyásolják.

Földrengés

A magyar építésszabályozási rendszerben a földrengés elleni mé­retezés az Eurocode 8 megjelenése előtt nem volt általános igényű. A magasépítési szerkezetek méretezését előíró MSZ 15021 csak rendkívüli terhekről tesz említést (háborús károk, természeti csapá­sok). A nagypaneles épületekre vonatkozó Műszaki Előírások 1972-ben és 1974-ben kiadott módosított változatai tekinthetők az első ter­vezési szabályzatoknak, amelyek tételesen foglalkoznak a földrengési hatással. A bennük közölt egyszerűsített módszer lényege, hogy:

„V. MSC fokos rengéserősség alatt és 5-nél kisebb szintszám ese­tében szeizmikus vizsgálat nem szükséges. Alapelv továbbá, hogy a szélteher és a szeizmikus teher egyidejű fellépésének valószínűsége elhanyagolható, ezért alkalmazható az a szabály, miszerint, ha a szél-teherből és alaki pontatlanságból származó hatás 1,25-szörös értéke nagyobb, mint a szeizmikus hatás, akkor az utóbbi tételes vizsgálata mellőzhető.”

A szeizmikus hatás számítására egyszerű, manuális számításra al­kalmas eljárás szolgált, amelyben egyedüli dinamikai paraméterként szerepel az épület alaplengési periódusideje (T), amely a szintszám(n) és az altalaj teherbíró képesség szerinti minősítése alapján az alábbi módon számítható:

T = n / 15, n / 20, ill. n / 30, jó, közepes, ill. gyenge talaj esetén.

Az aktív, erőhatásként kezelt terhek mellett gátolt hőmozgásból eredő tehereseteket is figyelembe kellett venni, a homlokzati szend­vicspanelek esetében. A panel hőszigetelésen kívüli, illetve azon be­lüli rétegeinek hőmérséklete között alapértékben 35 °C, szélső érték­ben 45 °C hőmérsékletkülönbséget kellett feltételezni.

Tűzállóság

A paneles épületek tervezésének kötelező érvényű statikai előírá­sai részletes és alapos megkötéseket tartalmaznak az egyéb rendkí­vüli hatásokra vonatkozóan. Ezek közül kiemelten kezelt a tűzálló­ság és a gázrobbanással szembeni szerkezeti állékonyság. A gázrob­banással szembeni védelemre szolgáltak lényegében a panelkapcso­latokra vonatkozó kategorikus szerkesztési szabályok, de mint a ké­sőbbi tapasztalatok igazolták, ezek az intézkedések hatásosak voltak más, ember előidézte rendkívüli hatással szemben is.

Általános ta­pasztalat, hogy a technika fejlődésével, a komfortigények növekedésével járó, és az energiahordozók fokozott felhasználásával előidé­zett mesterséges (ember kiváltotta) rendkívüli hatások gyakorisága tendenciaszerűen növekszik.

1. táblázat: A 4 fővárosi házgyár jellemző adatai

A szerkezeti átalakítások lehetőségei

A nagypaneles lakóépületekben fekvő többszázezres darabszámú és kb. 15-40 éves életkorú lakásállomány esetében törvényszerű gyako­risággal merülnek fel spontán átalakítási, korszerűsítési igények. Te­kintve a cellás alaprajzi rendszerből adódó merev kötöttségeket, az egyes lakásokon belüli módosítási szándékok az esetek többségében szerkezeti falakat érintenek és ily módon építési engedélykötelesek. Hasonló kötelezettség alá esnek a homlokzaton megjelenő átalakítá­sok, amelyek tipikus esetei a zárterkély-beépítések.

Ezt a problémakört tisztán tartószerkezeti szempontból vizsgálva elegendő csak a teherhordó falakat és födémeket érintő beavatkozá­sokkal foglalkozni. A lakásokban nem teherhordó szerepű válaszfalak, valamint vizesblokk-térelemek is találhatók, rendszertől függő­en 60-80-100 mm-es elemvastagsággal, az ezekben szándékolt nyí­láskialakításnak, részleges elbontásnak vagy áthelyezésnek elvben nincs statikai akadálya.

Vizsgálva a szerkezeti falak esetét, itt jellemzően egy- vagy több­szárnyú ajtókhoz szükséges nyílásáttörések igénye merül fel, szélső esetben helyiségméretű falbontás ötlete, a falmező keretes kiváltása útján. Az erőtani feltételek, illetve lehetséges következmények meg­állapításánál a szilárdsági, állékonysági és merevségi követelmények maradéktalan teljesítéséből kell kiindulni mind az érintett lakás, mind pedig a teljes épület vagy épületszekció dimenziójában.

Ellenőrző számítások

Figyelembe kell venni azonban, hogy az egy vertikumba eső fal­panelek épületmagas faltárcsát alkotnak, amely a vízszintes terhek­kel szembeni merevítőrendszer részét képezi. Ezért a faltárcsa csak igen korlátozott méretékben gyengíthető, és ezen körülmény vizsgá­latában már az egy épületegységben meglévő és tervezett falgyengí­tések magassági és alaprajzi elrendezésének van kulcsszerepe. Ez komplex térbeli (3D) modellen elvégzett ellenőrző számítás útján el­lenőrizhető, amely vizsgálat a ma rendelkezésre álló, végeselem-ala­pú szoftverek segítségével nehézség nélkül elvégezhető, ezért min­den esetben meg is követelhető.

Ez a lehetőség a nagypaneles épüle­tek létesítésének idején még nem állt rendelkezésre a szerkezetterve­zők szélesebb körében. Összefoglalva, egy-egy falnyílás létesítésé­nek lehetséges volta megnyugtatóan csak komplex modellen elvég­zett igazoló számítás alapján dönthető el. Ebből az is következik, hogy az egy épületen belül megengedhető szerkezetgyengítések szá­ma szigorúan korlátozott, azaz az ilyen lehetőségek igazságos elosz­tása a lakóközösségen belül egyeztetést vagy szabályozott eljárást igényel.

Fokozott körültekintés ajánlatos a hazai téren különlegességnek számító, PO-11 típusú 15 szintes és 120 mm-es falakkal épült torony­házak állományával kapcsolatban. Amennyiben az utólagos nyíláskivágás erőtanilag igazolt és hiva­talosan engedélyezett, a részletek megtervezése és a kivitelezés már rutin feladat.

Itt fokozott figyelmet kell fordítani a következőkre:

• a beton vágását a megmaradó részek állapotának maximális megkímélésével, a por-, víz- és zajterhelés lehető legalacso­nyabb szinten tartásával kell végezni. Ez korszerű, nagy teljesítményű vágóeszköz alkalmazását igényli, amellyel általában csak felkészült szakvállalkozó rendelkezik;
• biztosítani kell a kivágott rész ideiglenes állékonyságát és mozgathatóságát;
• a kivágott nyílás peremét nagyobb szélességi méret esetében (≥ 1,0 m) megfelelően méretezett és bekötött acélkerettel kell szegélyezni.

A födémpanelekben létesítendő közlekedési rendeltetésű és ennek megfelelő kiterjedésű nyíláskivágások lokális és épületállékonyságot érintő globális statikai feltételeire értelemszerűen vonatkoztathatók a fentiek. A fő eltérés födém és fal között abban van, hogy a lemez hajlításra általában nem rendelkezik kihasználható teherbírási többlet­tel, így a húzott vasalás kiegészítésével, illetve pótlásával eleve szá­molni kell. Ehhez számításba jöhet nem-fémes erősítőlamellák ra­gasztásos felerősítése is, megfelelő, tűzbiztonsági szempontból iga­zolható védelemmel együtt.

A hőszigetelt homlokzati szendvicspanelok kéregfelfüggesztése

A hőszigetelt homlokzati szendvicspanelok külső kérgét, amely álta­lában 8 cm vastag, a polisztirolrétegen átvezetett felfüggesztő és táv­tartó betonacél szerelvények kapcsolják a belső teherhordó kéreghez. Mivel ezek a vasbetétek részben a külső csapadék, részben a lecsa­pódó belső pára hatására változó mértékben korrozív környezetben vannak, előírás szerint korrózióálló acélból készültek.

Egy bizonyos időszakban ezt az anyagot LK minőségű, önpassziválódó acéllal helyettesítették. A korróziós hatás mellé a kapcsolóelemeknek a panel­rétegek egyenlőtlen hőmozgásból eredő ciklikus és változó előjelű hajlító igénybevétele járul. További kockázati tényező a kéregbe va­ló bekötés időbeni gyengülése a betonrepedések növekvő mértéke miatt.

A kéregbeton minőségingadozása különösen az ún. felső gyár­tású elemek esetében lehet jelentős. Ez a folyamat végső esetben a külső kéreg leszakadásához, lokális omláshoz vezethet, ami megen­gedhetetlen. Ezen eshetőséggel szemben a biztonsági tartalékot a kapcsolatok eredendő túlméretezettsége jelenti mind darabszám, mind keresztmetszet tekintetében. A vizsgálat az épület növekvő ko­rával egyre időszerűbbé válik. Ennek szükséges, illetve lehetséges lépései a gyártási előzmények felderítése, a felületek tájolás szerinti rangsorolása, részletes szemrevételezés, hőfényképezés, esetleg fel­tárás vagy próbaterhelés.

A felfüggesztő kapcsolat megerősítése különösen esedékes akkor, ha a meglévő kéregre további, a hőszigetelő képességet fokozó réteg­rendet szándékoznak felhelyezni, mivel ebben az esetben jelentős többletsúly kerülhet a kapcsolóelemekre. Erre a célra készült a német eredetű különleges erősítőelem, amely korrózióálló szilárd és merev kapcsolatot létesít a szerkezeti réteggel, egyúttal nem gátolja a külső kéreg relatív hőmozgását.

Magastetők létesítése

A házgyári paneles épületek eredeti formájukban lapostetővel ké­szültek. A csapadékvíz- és hőszigetelést, valamint a párakivezetést biztosító rétegrend-változatok nagy számban kerültek alkalmazásra. Az eredeti minőségi hibák, valamint a természetes avulás következ­tében a lapostetős lefedéseket jelentős fenntartási és felújítási kötele­zettségek terhelik, ezenkívül hővisszatartó képességük sem felel meg a mai követelményeknek.

Magastető pótlólagos létesítése ezen a helyzeten lényegesen javíthat. Továbbá, a tetőtér lakótérként való részleges hasznosítása bővítési lehetőséget teremt a törzsépület leg­felső szinti lakásaira nézve. Tartószerkezeti szempontból egy ilyen korszerűsítési beavatkozásnak minden feltétele adott, a masszív és teherbíró szerkezeti tetőszint és a kedvező rögzítési lehetőségek ré­vén. A megvalósítás szakmai feladatai a könnyűszerkezetes építés, az épületgépészet és a szakipar területére összpontosulnak.