Okładziny elewacyjne z prefabrykowanych płyt betonowych

Elewacja to wizytówka każdej budowli. Projektując fasady, sięgamy po różne surowce. Coraz częściej drewno, stal, szkło, elementy murowe drobnowymiarowe zostają wyparte przez materiał, który znany jest w budownictwie od wieków. Beton, bo o nim mowa, cechuje duża odporność chemiczna i mechaniczna. Niewątpliwą zaletą jest również trwałość koloru i naturalny wygląd, który powoduje, że elewacje z betonu poprzez swój minimalizm stają się ponadczasowe.

Połączenie betonu z innymi materiałami, takimi jak stal czy szkło, nadaje mu charakter dekoracyjny, dlatego architekci wykorzystują go w swoich projektach nie tylko jako zewnętrzne ściany elewacyjne, ale również jako ozdobne ściany wewnętrzne. Możliwość nadawania elementom różnej kolorystyki, kształtu, struktury powierzchni (gładka, chropowata) czy wykonania ozdobnych odcisków od matryc (np. imitujących drewno, napisów) w połączeniu z nieograniczoną możliwością kształtowania (skosy, podcięcia) oraz łatwy i szybki montaż sprawiają, że beton architektoniczny staje się materiałem bardzo popularnym. Widać to na podstawie rosnącej liczby obiektów, w których faktura betonu stanowi atrakcyjne tło dla innych materiałów.

Więcej naszych realizacji: 👉 Referencje

Uniwersalne zastosowanie, szybki montaż

Zastosowanie betonu do wykonywania fasad stało się powszechne nie tylko w biurowcach i obiektach użyteczności publicznej, ale również w nowoczesnych budynkach mieszkalnych jedno- i wielorodzinnych. Prefabrykacja tych elementów gwarantuje zachowanie tolerancji wymiarowych, jak również jednolity kolor.

Ograniczeniem i główną wadą elewacji betonowych jest ciężar płyt. To on determinuje realność wykonania okładziny elewacyjnej. Na etapie projektowania, podziału elementów (ich wielkości) należy wziąć pod uwagę nośność systemu mocującego.

Płyty betonowe mocuje się do konstrukcji nośnej (żelbetowej) za pomocą podkonstrukcji wsporczej. Najczęściej stanowi ją 👉 system konsol montażowych oraz profili nośnych – kątowników wykonanych ze stali nierdzewnej, rzadziej ocynkowanej.
W prefabrykowanej płycie osadza się niezbędne akcesoria m. in. 👉 szyny kotwiące, śruby młotkowe, 👉 dyble, które pozwalają na wykonanie połączenia z podkonstrukcją wsporczą w sposób szybki, sprawny i zapewniający bezpieczeństwo.

Niezwykle ważne jest skoordynowanie pracy mającego wizję elewacji architekta oraz konstruktora, który próbuje tej wizji sprostać, projektując system podkonstrukcji.

Minimalna grubość płyt elewacyjnych ze względu na osadzane akcesoria, zbrojenie i zachowanie odpowiedniej otuliny wynosi 7 cm. Płyty o zbyt dużej powierzchni mogą mieć ciężar przekraczający nośność użytych akcesoriów. Na rynku spotyka się elementy podkonstrukcji – konsole  o nośności maksymalnie 13,5 kN. Standardowe mocowanie pojedynczego prefabrykatu stanowią dwie konsole, które determinują maksymalną powierzchnię płyty. Zakładając grubość płyty 7 cm i mocowanie na dwóch konsolach o nośności 13,5 kN, maksymalna powierzchnia płyty to około 15,4 m². Użycie większych profili  i konsol niestandardowych jest możliwe, ale pociąga za sobą konieczność pogrubienia mocowanych elementów (choćby lokalnie). Wiąże się to również ze wzrostem ceny użytych akcesoriów, co z punktu widzenia ekonomii jest mało opłacalne. Przy projektowaniu elewacji betonowych należy dojść do kompromisu między chęcią stosowania płyt o dużej powierzchni (często pożądane przez architektów), a możliwościami technicznymi związanymi z ich montażem.

Sposoby mocowania płyt do konstrukcji wsporczych

Typowym rozwiązaniem 👉 zamocowania płyt betonowych jest połączenie 👉 systemów konsol wsporczych JVA i 👉 szyn kotwiących. Wykorzystując odpowiednio dopasowane kątowniki z otworami w kształcie fasoli, śruby młotkowe oraz całą dostępną gamę 👉 konsol JVA, jesteśmy w stanie zrealizować prawie każde z możliwych połączeń. Takie rozwiązanie zapewnia również sporą tolerancję montażu praktycznie w każdym kierunku. Detal A i B ilustruje taki styk.

O wyborze sposobu zamontowania decydują możliwości techniczne na budowie, które wymuszają czasem kolejność montażu poszczególnych prefabrykatów, jak również sposób podania płyt. W przypadku prefabrykatów o małym ciężarze oraz niewielkim odsunięciu od konstrukcji nośnej połączenie można wykonać za pomocą dwóch kątowników tak, jak pokazano to na detalu C. Zwiększanie ciężaru płyty elewacyjnej oraz odległości od lica konstrukcji nośnej wymaga zwiększenia przekroju kątowników lub ich wzmacniania np. poprzez wprowadzenie dodatkowych żeber. Z ekonomicznego punktu widzenia rozwiązanie takie ustępuje miejsca standardowym 👉 konsolom JVA.

Metody zabezpieczenia płyt elewacyjnych przed parciem i ssaniem wiatru

Powyższe przypadki przedstawiają sposób przeniesienia obciążeń od ciężaru własnego prefabrykatów. Kolejnym aspektem, jaki należy rozpatrzyć przy projektowaniu 👉 systemu zamocowania, jest obciążenie poziome działające na elewację – parcie i ssanie wiatru. W elewacjach wentylowanych płyta odsunięta jest od konstrukcji nośnej o około 15-20 cm. Ściana nośna ocieplona jest najczęściej wełną mineralną twardą pokrytą wiatroizolacją zespoloną z nią od zewnętrznej strony, o grubości dostosowanej do spełnienia wytycznych przedstawionych w rozporządzeniu Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Pozostała przestrzeń pomiędzy ociepleniem a prefabrykowaną płytą betonową o szerokości 2 – 5 cm tworzy szczelinę wentylacyjną umożliwiającą swobodny przepływ powietrza. Niezbędne jest zatem zabezpieczenie płyt elewacyjnych przed siłami od parcia i ssania wiatru.

Najprostszym i najczęściej stosowanym rozwiązaniem jest użycie kątownika lub pary kątowników mocowanych jednocześnie do ściany i prefabrykatu. Wykonane w kątownikach otwory w kształcie fasoli, ustawione przeciwskośnie, pozwalają na regulację połączenia i zastosowanie tego rozwiązania w miejscach, gdzie konstrukcja nośna nie zachowuje prostoliniowości. Rozwiązanie z jednym kątownikiem – detal D, stosowane jest w płytach startowych, w miejscach, gdzie nie trzeba ukrywać połączenia, np. przy chodniku, zieleni znajdującej się przy elewacji. W przypadku chęci ukrycia połączenia stosujemy wariant z dwoma kątownikami, który ze względu na większą ilość elementów jest droższym rozwiązaniem – detal E. W tym przypadku niezbędne jest zapewnienie dostępu do wykonania połączenia montażystom. Drugą wersją tego wariantu jest mocowanie kątownika do krawędzi bocznej prefabrykatu w pozostawionym specjalnie wybraniu. W tym przypadku należy zachować odpowiednią kolejność montażu – wskazaną w przygotowanym opracowaniu. Połączenie za pomocą kątowników zapewnia przeniesienie siły ssania wiatru. Zabezpieczenie prefabrykatów przed parciem wiatru realizujemy poprzez docisk za pomocą tulei i śruby dociskowej JDS – detal F.

Niestandardowe rozwiązania przy podwieszaniu elewacyjnych płyt betonowych

Przedstawione powyżej rozwiązania konstrukcyjne dotyczą połączeń typowych i nie wyczerpują wszystkich przypadków, z jakimi spotkamy się w praktyce. Nieszablonowym rozwiązaniem, które stosujemy przy podwieszaniu betonowych elewacji jest np. zastosowanie wieszaków JFS, mogących przenosić dużo większe obciążenia niż konsole.

Indywidualne podejście do każdego projektu

Podczas wykonywania elewacji wentylowanych z zastosowaniem betonowych płyt prefabrykowanych stajemy przed problemami, które wymagają indywidualnego podejścia. Zawsze staramy się zoptymalizować liczbę stosowanych rozwiązań, co zmniejsza ryzyko błędów montażowych i pozwala na szybką realizację elewacji prefabrykowanych. Przypadki specjalne to zazwyczaj mała część projektu, która mimo dużej pracochłonności przynosi projektantom najwięcej satysfakcji.
Poszukiwanie kompromisu przez architektów i projektantów konstrukcji między gabarytami płyt, ekonomią produkcji, szybkością montażu, walorami estetycznymi staje się nieodzownym elementem projektowania prefabrykowanych elewacji betonowych.

Artykuł ukazał się w “Materiałach Budowlanych” 06/2023