Rodzaje konstrukcji żelbetowych

Konstrukcje żelbetowe to obecnie jeden z najczęściej stosowanych systemów nośnych w budownictwie. Ich wszechstronność, trwałość i możliwość formowania niemal dowolnych kształtów sprawiają, że znajdują zastosowanie zarówno w budownictwie mieszkaniowym, jak i przemysłowym czy inżynieryjnym.

W niniejszym opracowaniu przedstawiam klasyfikację i charakterystykę głównych rodzajów konstrukcji żelbetowych, z uwzględnieniem różnic technologicznych i funkcjonalnych.

Żelbet zwykły – klasyczne rozwiązanie o szerokim zastosowaniu

Żelbet zwykły (ang. reinforced concrete) to połączenie betonu i stali zbrojeniowej, w którym beton przenosi siły ściskające, a zbrojenie – siły rozciągające. To właśnie ta synergia sprawia, że materiał ten jest tak odporny na działanie obciążeń eksploatacyjnych. Stosuje się beton klasy C20/25 do C40/50 oraz stal zbrojeniową klasy B500B lub B500SP.

Żelbet ten jest wylewany bezpośrednio na budowie, co pozwala uzyskać monolityczne i trwałe elementy. Zastosowanie: ławy fundamentowe, stropy, słupy, belki, ściany nośne.

Żelbet zwykły – klasyczne rozwiązanie o szerokim zastosowaniu

Żelbet zwykły (ang. reinforced concrete) to połączenie betonu i stali zbrojeniowej, w którym beton przenosi siły ściskające, a zbrojenie – siły rozciągające. To właśnie ta synergia sprawia, że materiał ten jest tak odporny na działanie obciążeń eksploatacyjnych.

W klasycznych konstrukcjach żelbetowych:

• stosuje się beton klasy C20/25 do C40/50 (zgodnie z PN-EN 206),

• zbrojenie wykonywane jest ze stali żebrowanej klasy B500B lub B500SP (wg PN-EN 1992-1-1),

• konstrukcja wylewana jest na budowie w deskowaniach (tzw. żelbet monolityczny).

Zastosowanie: ławy fundamentowe, stropy gęstożebrowe i monolityczne, słupy, belki, ściany nośne, płyty balkonowe, klatki schodowe.

Żelbet sprężony – wyższy poziom nośności i efektywności

Konstrukcje żelbetowe sprężone (ang. prestressed concrete) to zaawansowana odmiana żelbetu, w której stalowe cięgna są naprężane przed (lub po) zalaniu betonem, a ich siła ściskająca działa na beton, zanim obciążenia zewnętrzne zaczną oddziaływać na element. Dzięki temu konstrukcja wykazuje większą nośność, mniejsze ugięcia i większą odporność na zarysowania.

Dwa główne typy sprężania:

• Sprężanie wstępne (przed betonowaniem) – stosowane w prefabrykacji.

• Sprężanie wtórne (po związaniu betonu) – realizowane na budowie lub w zakładzie prefabrykacji.

Zalety żelbetu sprężonego:

• zmniejszenie przekrojów elementów,

• większe rozpiętości belek i płyt bez podpór pośrednich,

• redukcja rys i zarysowań,

• optymalizacja kosztów konstrukcji wielkogabarytowych.

Zastosowanie: mosty, estakady, hale przemysłowe, parkingi wielopoziomowe, prefabrykowane płyty stropowe.

Konstrukcje monolityczne vs prefabrykowane

Rodzaje konstrukcji żelbetowych dzielą się także pod względem sposobu wykonania:

1. Konstrukcje monolityczne

Wykonywane bezpośrednio na placu budowy – beton wylewany jest w deskowaniach, a zbrojenie układane na miejscu. To rozwiązanie zapewnia ciągłość konstrukcyjną i dużą elastyczność projektową.

Zalety:

• dowolność kształtów,

• dobra współpraca z gruntem,

• brak połączeń montażowych.

Wady:

• czasochłonność,

• zależność od warunków atmosferycznych,

• duża ilość prac mokrych.

2. Konstrukcje prefabrykowane

Elementy żelbetowe produkowane są w wytwórniach i montowane na miejscu budowy. Mogą to być belki, płyty stropowe (np. typu filigran), słupy, ściany.

Zalety:

• szybki montaż,

• kontrolowana jakość produkcji,

• mniejsze zużycie deskowań i robocizny.

Wady:

• konieczność projektowania z uwzględnieniem transportu i połączeń montażowych,

• ograniczona elastyczność przy zmianach projektu.

Konstrukcje masywne i lekkie

Konstrukcje żelbetowe można również klasyfikować pod względem masy i przeznaczenia:

• Masywne konstrukcje żelbetowe – zbiorniki retencyjne, fundamenty pod maszyny, szyby windowe, ekrany akustyczne.

• Lekkie konstrukcje żelbetowe – cienkościenne elementy elewacyjne, prefabrykowane płyty balkonowe, ażurowe przegrody.

W zależności od funkcji konstrukcyjnej stosuje się różne klasy betonu, poziomy zbrojenia oraz typy deskowań (np. systemowe lub tracone).

Podział konstrukcji żelbetowych wg układu statycznego

Z punktu widzenia inżynierskiego, konstrukcje żelbetowe dzielimy także na:

• Belkowe (żebrowe) – klasyczne układy belek i słupów, stosowane w stropach.

• Płytowo-słupowe – np. płyty żelbetowe oparte bezpośrednio na słupach, bez podciągów.

• Powłokowe – np. kopuły, łupiny, zbiorniki kuliste.

• Rama przestrzenna – konstrukcje trójwymiarowe z żelbetu, wykorzystywane w halach i parkingach.

Rodzaje konstrukcji żelbetowych są zróżnicowane i dostosowane do konkretnych potrzeb inwestycyjnych, warunków gruntowych, obciążeń oraz założeń projektowych. Żelbet zwykły pozostaje najpowszechniejszym rozwiązaniem w budownictwie ogólnym, natomiast żelbet sprężony znajduje zastosowanie tam, gdzie wymagana jest wysoka nośność przy niewielkich przekrojach.

Właściwy dobór typu konstrukcji żelbetowej to jedno z kluczowych zadań projektanta konstrukcji – wpływa na koszt, trwałość i funkcjonalność całego obiektu.

Bibliografia i źródła:

1. PN-EN 1992-1-1:2008 + A1:2015, Eurokod 2: Projektowanie konstrukcji z betonu – Zasady ogólne i zasady projektowania budynków.

2. PN-EN 206+A2:2021, Beton – Wymagania, właściwości, produkcja i zgodność.

3. J. Śliwiński, Konstrukcje żelbetowe. Projektowanie wg Eurokodu 2, PWN, Warszawa 2015.

4. M. Knauff, Podstawy projektowania konstrukcji żelbetowych, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, 2021.

5. Czasopismo „Inżynier Budownictwa” – artykuły specjalistyczne, 2019–2023.