BEZWSPORNIKOWE POŁĄCZENIA BELKOWO-SŁUPOWE

Rozwój prefabrykacji żelbetowej w ostatnich latach zwiększa zapotrzebowanie na nowoczesne rozwiązania. Muszą one umożliwiać szybkie i powtarzalne wykonywanie połączeń konstrukcyjnych przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej estetyki oraz optymalizacji materiałowej.

Szczególne znaczenie mają węzły w konstrukcjach szkieletowych, takich jak hale, garaże wielopoziomowe, biurowce, w których prefabrykowane belki muszą zostać w sposób bezpieczny i trwały połączone ze słupami. Idealne rozwiązanie musiałoby spełnić oczekiwania zarówno architektów, jak i konstruktorów, wykonawców i inwestorów. I tu z pomocą przychodzi system BSF Invisible Connections.

Tradycyjne rozwiązania polegają najczęściej na oparciu belek na żelbetowych wspornikach lub specjalnie ukształtowanych wybraniach w konstrukcji słupów. Rozwiązania te, mimo swojej prostoty, wprowadzają mimośrodowe przekazywanie sił oraz powodują zwiększenie wymiarów elementów konstrukcyjnych. Wadą takich rozwiązań jest również stopień skomplikowania szalunku słupa oraz belki, co wiąże się z bardziej skomplikowanym zbrojeniem samych prefabrykatów. W odpowiedzi na te ograniczenia opracowano systemy połączeń ukrytych, w których element przenoszący obciążenia znajduje się wewnątrz przekroju konstrukcji.

Doskonałym przykładem takiego rozwiązania są stalowe łączniki belkowo-słupowe BSF Invisible Connections, umożliwiające realizację doczołowych połączeń i oparć prefabrykowanych belek żelbetowych. System pozwala na eliminację krótkich wsporników w elementach podpierających oraz podcięć w belkach, co umożliwia uzyskanie rozwiązania bezwspornikowego. System BSF upraszcza realizację wielu wariantów połączeń belek, w tym: belka–słup, belka–ściana, belka–belka w układzie T i I. Zastosowanie łączników BSF pozwala nam realizować połączenia ortogonalne prefabrykatów i łączyć ze sobą elementy skośne zarówno w płaszczyźnie poziomej, jak i pionowej.

Charakterystyka systemu
Trzyczęściowe stalowe łączniki BSF składające się z gniazda słupowego, kieszeni belkowej i wysuwanego na etapie montażu noża pozwalają wykonać eleganckie, niewidoczne i w pełni nośne połączenia przegubowe belek prefabrykowanych. Takie rozwiązanie powoduje, że główny element przenoszący obciążenia znajduje się wewnątrz przekroju betonowego, a samo połączenie pozostaje niewidoczne w gotowej konstrukcji. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie efektu wizualnego zbliżonego do konstrukcji monolitycznej przy zachowaniu zalet technologii prefabrykacji.

Element nośny systemu BSF opiera się wewnątrz przekroju słupa, w pobliżu jego osi geometrycznej, w odróżnieniu od rozwiązania tradycyjnego opartego na wspornikach żelbetowych, gdzie reakcja pionowa z belki przekazywana jest na słup w sposób mimośrodowy, co prowadzi do powstawania dodatkowych momentów zginających w słupie. Zastosowanie systemu BSF powoduje zmniejszenie ramienia przyłożenia siły oraz bardziej korzystny rozkład sił wewnętrznych w węźle konstrukcyjnym. W praktyce umożliwia to optymalizację przekrojów elementów konstrukcyjnych oraz ograniczenie ilości zbrojenia w słupach i belkach.

Dodatkową korzyścią z eliminacji żelbetowych wsporników jest znaczne uproszczenie procesu prefabrykacji elementów oraz zmniejszenie ich podatności na uszkodzenia podczas transportu i montażu ze względu na brak wystających z prefabrykatów elementów łączących.

Podczas montażu konstrukcji prefabrykowana belka jest ustawiana w docelowej pozycji pomiędzy słupami. Następnie stalowy nóż wysuwany z kieszeni belkowej opiera się w gnieździe przygotowanym w słupie. Po ustabilizowaniu elementów przestrzeń w węźle wypełniana jest niskoskurczową zaprawą zalewową lub wysokowytrzymałym betonem zalewowym, co zapewnia trwałe zespolenie elementów konstrukcji. Otulenie betonem wszystkich elementów systemu BSF pozwala uzyskać odporność ogniową połączenia.

Pod względem rozmiarów system podzielony jest na pięć typów. Każdy z nich charakteryzuje się daną nośnością, ustandaryzowanym zbrojeniem podwieszającym oraz kotwiącymi prętami poziomymi.
W zależności od występujących w projekcie obciążeń konstrukcyjnych nośność pojedynczego łącznika BSF na siłę ścinającą może wynieść od 225 kN do 1100 kN. W przypadku bardziej wymagających realizacji istnieje możliwość stosowania łączników w parach, co pozwala nam na uzyskanie nawet 2200 kN nośności połączenia. Parametry te umożliwiają stosowanie systemu w konstrukcjach o znacznych obciążeniach użytkowych.

Korzyści na każdym etapie
Zaczynając od etapu projektu architektonicznego, możemy uzyskać pozbawione wsporników połączenia nie zawsze prostopadłych do siebie elementów. Otrzymujemy wysoką jakość powierzchni prefabrykatów, jednocześnie nie redukując powierzchni użytkowej obiektu.

Z punktu widzenia projektanta konstrukcji istotne jest zmniejszenie mimośrodu działania siły na słup oraz możliwość zredukowania zarówno przekrojów samych prefabrykatów, jak i ilości wymaganego w słupach zbrojenia. Zastosowanie łączników BSF wiąże się również z uproszczeniem procesu wymiarowania, który w tym wypadku sprowadza się jedynie do porównania reakcji przekazywanej z belki na słup z nośnością samego łącznika. Dodatkowym atutem jest usystematyzowane zbrojenie podwieszające wyznaczone dla każdego rozmiaru łącznika, pozwalające zaoszczędzić czas przy projektowaniu zbrojenia węzła konstrukcyjnego

łączonych elementów.
Dla zakładów prefabrykacji najważniejszą zaletą jest uproszczenie procesu produkcyjnego. Eliminacja wsporników pozwala na zastosowanie prostszych form szalunkowych, nie ma konieczności wykonywania słupów na wielu etapach, ograniczona jest złożoność zbrojenia oraz ułatwiony transport elementów prefabrykowanych zarówno w zakładzie prefabrykacji, jak i na placu budowy. Łatwiejsza forma to oszczędność czasu, pracy i kosztów.

Na etapie montażu konstrukcji system umożliwia szybkie i powtarzalne wykonywanie połączeń. Wyeliminowanie prac spawalniczych i ograniczenie działań montażowych na budowie przekłada się na skrócenie czasu realizacji konstrukcji oraz poprawę bezpieczeństwa robót. W większości przypadków montaż elementów odbywa się z dźwigu bez konieczności stosowania dodatkowego podparcia belek. Przewidziane tolerancje montażowe zapewniają ciągłość montażu elementów nawet w przypadku odchyłek wykonawczych łączonych elementów.

Ukryte połączenia belkowo-słupowe stanowią istotny element współczesnych technologii prefabrykacji żelbetowej. System BSF umożliwia realizację połączeń o wysokiej nośności przy jednoczesnym zachowaniu korzystnej pracy statycznej węzła oraz wysokiej estetyki konstrukcji.
Eliminacja wsporników słupów upraszcza projektowanie oraz produkcję elementów prefabrykowanych, a także przyczynia się do skrócenia czasu montażu konstrukcji. Dzięki temu rozwiązanie to znajduje coraz szersze zastosowanie w nowoczesnych konstrukcjach prefabrykowanych.