Wieloletnie stosowanie technologii wielkopłytowych stwarzało możliwość projektowego doskonalenia prototypowych rozwiązań systemowych. Z uwagi jednak na ogromną skalę zastosowania tej technologii, np. w budownictwie mieszkaniowym (z ujednoliconymi rozwiązaniami konstrukcyjno–budowlanymi), sytuacja taka mogła prowadzić do wielokrotnego powtarzania błędnych rozwiązań.
Podstawową regułą przy projektowaniu budynków wielkopłytowych było nadawanie im sztywności przestrzennej za pomocą sztywnych ścian poprzecznych i podłużnych, przechodzących przez całą wysokość budynku. Ściany takie stanowiły pionowe przepony, których zadaniem było przejmowanie za pośrednictwem stropów i przekazywanie na grunt sił poziomych pochodzących od działania wiatru oraz wynikających z mimośrodowego ustawienia elementów ściennych, obciążonych pionowo.
Stropy traktowane były w obliczeniach jako sztywne przepony poziome, co było równoznaczne z założeniem niezmienności konturu przekroju poziomego konstrukcji budynku przy jej odkształceniach. Ściany poprzeczne i podłużne, główne elementy ustroju przestrzennego budynku, traktowano jako wsporniki utwierdzone w monolitycznej, podziemnej części budynku lub rzadziej w gruncie. Dodatkowo ściany zewnętrzne dzięki znacznej sztywności na odkształcenia w swojej płaszczyźnie przeciwdziałają skręcaniu ustroju przestrzennego budynku przy zginaniu i dla-tego przyjmowano, że pod wpływem parcia wiatru przekroje ustroju przesuwają się równolegle.
Słabe strony bloków z wielkiej płyty
Miejscami wrażliwymi budynków wielkopłytowych, odróżniającymi je od konstrukcji pozostałych rodzajów budynków ze ścianami nośnymi, jest obecność w tarczach stropowych i ściennych złączy między prefabrykowanymi płytami, wskazującymi miejsca, w których najczęściej mogą pojawić się rysy. Szczególnie dużą rolę w zapewnianiu bezpieczeństwa konstrukcji odgrywają wieńce żelbetowe, obiegające ściany konstrukcyjne w poziomie stropów oraz zbrojenie podporowe stropów, zakotwione w tych wieńcach lub przechodzące z jednego przęsła stropu na drugie. Wieńce i zbrojenie podporowe łączą prefabrykowane płyty w tarcze stropowe i ścienne, a także łączą te tarcze w przestrzenne ustroje budynków.
Obiegowa negatywna ocena jakości budynków wielkopłytowych wynika głównie z:
- rozwiązań funkcjonalno–użytkowych budynków i mieszkań, będących skutkiem obowiązującego w czasach PRL tzw. normatywu projektowania,
- zastosowania materiałów i wyrobów (szczególnie wykończeniowych i instalacyjnych) o niedostatecznej jakości,
- niskiej jakości prac montażowych i wad wykonawczych,
- niewłaściwego rozumienia pojęcia „projektowego okresu użytkowania”.
Dostępne w okresie powstawania systemów wielkopłytowych publikacje polskie i zagraniczne, wnioski z badań, rekomendacje międzynarodowe oraz normy były wystarczające do zaprojektowania konstrukcji budynków wielkopłytowych tak, aby spełniały stany graniczne nośności i użytkowalności oraz dodatkowo wykazywały odporność na lokalne uszkodzenia spowodowane oddziaływaniami wyjątkowymi.
Wady wielkiej płyty
Budynki wielkopłytowe zrealizowane w latach 1960-1990 charakteryzują się niską jakością funkcjonalno-użytkową mieszkań, nadmierną przenikalnością cieplną przegród zewnętrznych, niedostatecznym stanem instalacji i urządzeń budowlanych oraz niską estetyką elewacji. Dalsze użytkowanie budynków z wielkiej płyty wiąże się więc z potrzebą przeprowadzania specjalistycznych przeglądów okresowych oraz ocen stanu technicznego i badań przydatności do użytkowania budynków, z uwzględnieniem optymalizacji kosztów na prace konserwacyjne, naprawy bieżące i ewentualne modernizacje budynków.
Podstawowe nieprawidłowości budownictwa wielkopłytowego
- Nieprawidłowości w budownictwie wielkopłytowym wynikają głównie z wad systemowych oraz z przyczyn naturalnych (m.in. od wpływu środowiska, starzenia), charakterystycznych również dla budownictwa tradycyjnego.
- Systemowe wady technologiczne w budownictwie wielkopłytowym powstały zwykle w wyniku niedostatecznej jakości prac projektowych i budowlanych, na wszystkich etapach procesów inwestycyjnych; nieprawidłowości te ujawniały się podczas realizacji i w początkowym okresie eksploatacji budynków.
- Inne wady i uszkodzenia elementów wykończeniowych i systemów instalacyjnych (charakterystyczne dla wszystkich rodzajów budownictwa) wynikają z naturalnych procesów ich zużycia i starzenia; nieprawidłowości te są możliwe do zdiagnozowania podczas obowiązkowych kontroli okresowych i ekspertyz specjalistycznych.
W większości przypadków nieprawidłowości budownictwa wielkopłytowego są możliwe do usunięcia poprzez zastosowanie odpowiednich prac naprawczych i/lub wzmacniających.
Katastrofy budowlane w obszarze budownictwa wielkopłytowego
Użytkowane obecnie budynki wielkopłytowe zostały wzniesione w czasie, gdy w produkcji i wykonawstwie panował prymat ilości nad jakością. Pośpiech i oszczędności w projektowaniu budynków oraz niska jakość materiałów, produkcji prefabrykatów i ich niestaranny montaż, powodowały powstawanie błędów mających istotny wpływ na dalszą eksploatację budynków. Na początkowy stan techniczny nakładały się również zaniedbania w zakresie właściwego utrzymania budynków już w okresie ich eksploatacji.
Na podstawie wieloletnich obserwacji budynków wielkopłytowych można jednak stwierdzić, że stopień pogorszenia jakości wykonawstwa oraz użytkowania nie zagraża powszechnie bezpieczeństwu ustroju konstrukcyjnego.
Typowe uszkodzenia budynków wielkopłytowych dotyczące elementów wykończeniowych można podzielić na dwie grupy:
- systemowe wady technologiczne wynikające z niezachowania odpowiedniej jakości prac podczas produkcji, transportu i montażu prefabrykatów wielkowymiarowych,
- inne uszkodzenia, występujące również w budownictwie tradycyjnym, a dotyczące np. pokryć dachowych i obróbek blacharskich, stolarki, instalacji wewnętrznych i innych.
Analiza wszystkich zagrożeń, awarii i katastrof budowlanych w okresie od 1962 roku i zarejestrowanych przez:
- Główny Urząd Nadzoru Budowlanego,
- Polski Związek Inżynierów i Techników Budownictwa,
- Polską Izbę Inżynierów Budownictwa,
- Instytut Techniki Budowlanej,
- Spółdzielnie Budowlano-Mieszkaniowe,
pozwoliła stwierdzić niewielki ok. 10% procentowy udział budownictwa uprzemysłowionego w ogólnej liczbie zdarzeń awaryjnych na przestrzeni ponad 50 lat a w ostatnich 10 latach awarie i katastrofy budowlane pojawiały się już incydentalnie.
Szczegółowe analizy informacji o zaistniałych zagrożeniach, awariach i katastrofach budowlanych pozwoliły ocenić, że podstawowe przyczyny wystąpienia tych zdarzeń (w obszarze budynków wzniesionych w technologiach uprzemysłowionych) można odnieść do poszczególnych etapów procesów inwestycyjnych tj.:
Etap projektowania:
- błędne rozpoznawanie podłoża gruntowego i zastosowanie niewłaściwego posadowienia obiektu,
- nieodpowiednie przyjmowanie systemów konstrukcyjnych w stosunku do oddziaływań i warunków użytkowania,
- nieuzasadnione odstępowanie od norm krajowych i branżowych oraz wytycznych projektowania,
- nieumiejętne rozpoznawanie pracy przestrzennej konstrukcji przy nietypowych obciążeniach /np. tereny występowania szkód górniczych: deformacje podłoża, wstrząsy parasejsmiczne/,
- błędy inżynierskie w zakresie doboru rozwiązań technicznych wykonywania szczegółów konstrukcyjnych i elementów wykończeniowych.
Etap wykonawstwa:
- zmiany konstrukcyjne wprowadzane bez konsultacji z projektantami systemów,
- stosowanie niedostatecznej jakości materiałów, elementów i wyrobów budowlanych,
- wbudowywanie elementów uszkodzonych i wadliwych,
- stosowanie materiałów i wyrobów budowlanych bez potwierdzenia ich jakości,
- nieprawidłowe wykonywanie połączeń elementów /tolerancje/,
- niedotrzymywanie zasad sztuki budowlanej i niedostateczny nadzór techniczny,
- negatywny wpływ czynników atmosferycznych podczas montażu.
Etap eksploatacji:
- niewykonywanie prawidłowych okresowych przeglądów i ocen technicznych lub ich niewiarygodność,
- dopuszczanie do uszkodzeń elementów i naruszania ustrojów nośnych,
- niedostateczne jakości prac konserwacyjnych i naprawczych,
- dopuszczanie do zarysowań/pęknięć bez stosownego zabezpieczenia przez erozją i korozją /zawilgocenia, zacieki, zagrzybienia/,
- występowanie częstych awarii instalacji sanitarnych, gazowych lub elektrycznych,
- realizowanie niezgodnie ze sztuką budowlaną prac remontowych i modernizacyjnych,
- niestosowanie zaleceń pokontrolnych.
Awarie i katastrofy budowlane wynikające z błędów projektowych i wad wykonawczych /np. przekroczonych tolerancji montażu elementów prefabrykowanych/, następowały zwykle w czasie realizacji obiektów tj. przed osiągnięciem pełnej sztywności przestrzennej budynków lub w początkowym okresie ich użytkowania.
Z analizy rejestrów zagrożeń, awarii i katastrof budowlanych widoczny jest w ostatnich latach wzrost liczby zdarzeń wynikających z oddziaływań wyjątkowych (np. pożary, wybuchy gazu) oraz przyczyn naturalnych lub klimatycznych (np. powodzie).
Budynki wzniesione metodami uprzemysłowionymi, na co wskazuje analiza wybranych przypadków katastrof budowlanych wywołanych wybuchami gazu (Łódź-Retkinia 1982 i Gdańsk-Wrzeszcz 1995), wykazują się większą odpornością na uszkodzenia lokalne i możliwość powstania katastrofy o znacznym zakresie, niż budynki wzniesione metodami tradycyjnymi. Wynika to ze skuteczności zastosowania zaleceń i wymagań zawartych w obowiązujących w okresie wznoszenia budynków normach i wytycznych, w odniesieniu do projektowania tzw. ogólnej sztywności przestrzennej budynków wielkopłytowych w sytuacjach wyjątkowych.
Analizy awarii i katastrof budowlanych w obszarze budownictwa wielkopłytowego pozwoliła również dostrzec możliwość niekontrolowanego uszkodzenia polegającego na odpadnięciu z elewacji zewnętrznych fragmentów ścian trójwarstwowych /Szczecin 2009/ w wyniku zerwania wieszaków lub ich niewystarczającej nośności pojawiającej się w efekcie zastosowania łączników ze stali o zaniżonych właściwościach wytrzymałościowych /w odniesieniu do założeń projektowych/, niewłaściwego ich rozmieszczenia i zakotwienia oraz obserwowanych procesów korozyjnych.
Wystąpienie uszkodzeń elementów prefabrykowanych i ich wzajemnych połączeń w budownictwie uprzemysłowionym jest zauważalne /przed wystąpieniem stanu awaryjnego/ i stanowi wyraźny sygnał możliwości powstawania stanu zagrożenia bezpieczeństwa użytkowania budynków.
Przy właściwych i systematycznie prowadzonych przeglądach okresowych istnieje możliwość zapobiegania awariom i katastrofom, poprzez wczesne wprowadzanie dodatkowych prac naprawczych i/lub wzmacniających, przywracających odpowiedni poziom niezawodności budynków. Współcześnie dostępne technologie i rozwiązania systemowe pozwalają na skuteczne zapobieganie zdarzeniom awaryjnym w obszarze budownictwa wielkopłytowego.
PODSUMOWANIE
- Przyczyny uszkodzeń budynków wielkopłytowych mogą wynikać zarówno z systemowych wad technologicznych, jak i być analogiczne do przyczyn powodujących uszkodzenia w budownictwie tradycyjnym.
- Procentowy udział budownictwa uprzemysłowionego w ogólnej liczbie zagrożeń, awarii i katastrof budowlanych, zarejestrowanych od 1962 tj. na przestrzeni ponad 50 lat, wynosi ok. 10%; w ostatnich 10 latach awarie i katastrofy budowlane pojawiały się już incydentalnie.
- Awarie i katastrofy budynków wielkopłytowych, wynikające z błędów projektowych i wad wykonawczych, następowały głównie w czasie realizacji obiektów lub w początkowym okresie ich użytkowania.
- Zdarzenia awaryjne powstałe w czasie długoletniej eksploatacji budynków związane były głównie z oddziaływaniami o charakterze wyjątkowym (np. wy-buchami gazu). Budynki wielkopłytowe były projektowane również z uwagi na ograniczenie możliwości wystąpienia tzw. katastrofy rozprzestrzeniającej się, w związku z czym w znacznym stopniu wykazują odporność na uszkodzenia lokal-ne i powstawanie uszkodzeń konstrukcji o znacznym zakresie.
W budynkach wielkopłytowych istnieją możliwości wystąpienia niekontrolowanych uszkodzeń, polegających na odpadaniu z elewacji zewnętrznych fragmentów ścian trójwarstwowych. Naprawy lub wzmocnienia tych elementów mogą być dokonane przy zastosowaniu rozwiązań systemowych podczas pro-wadzeniu prac termomodernizacyjnych.
Niniejsze opracowanie powstało na podstawie analiz i badań Instytutu Techniki Budowlanej prowadzonych w ramach pracy pt. : Ocena bezpieczeństwa i trwałość budynków wykonanych metodami uprzemysłowionymi”
Kierownik zespołu: dr inż. J. Szulc
Nadzór merytoryczny: prof. dr hab. inż. L. Runkiewicz
Zespół: dr inż. R. Geryło, dr inż. T. Możaryn, dr inż. A. Piekarczuk, dr inż. M. Wójtowicz, mgr inż. A. Lamenta, mgr inż. A. Mazurek, mgr inż. J. Sieczkowski, mgr inż. A. Strąk, mgr inż. D. Warsicka, mgr inż. D. Wojnowski, mgr inż. W. Zięba