Lapszámok

Egyre nagyobb hangsúlyt fektetünk az épületek tartószerkezeti tervezései során azok ipari padlóinak a méretezésére is. Jelenleg kevés elfogadott méretezési útmutatás van hazánkban, ami alapján gyakorló mérnökök egyszerűen méretezhetik az ipari padlókat. Inkább az a bevált gyakorlat, hogy az egyes termékek gyártói (pl. beton szálerősítés, fugaprofilok) végzik el többé-kevésbé szakszerűen a méretezést. Ezen felül a nemzetközileg elfogadott irányelvek alkalmazása esetén is sok kérdés merül fel azok alkalmazhatóságáról, megbízhatóságáról.

Írásunk több éves iparipadló-méretezés tapasztalatain alapul.

Cikksorozatunk első részében végigveszszük a főbb irányelveket, azok sajátosságait és alkalmazási lehetőségeit. A második részben a legjobban elterjedt TR34-es brit irányelvet nézzük meg közelebbről, bemutatva a legfontosabb méretezési képleteket, segítve a gyakorló mérnökök munkáját, hogy saját maguk is elvégezhessék az ipari padlók méretezését. A harmadik részben fejlett végeselemes méretezéseket mutatunk be, öszszehasonlítva az eredményeket valós méretű kísérletekkel és az irányelvek eredményeivel.

1. BEVEZETÉS

Ipari épületek tervezése során az ipari padlók méretezése mindig is mostohagyereknek számított, a tervezők szívesen hárították ezt a feladatot a kivitelezőkre, leginkább a használható műszaki irányelv hiánya miatt. A szakkivitelező cégek több évtizedes tapasztalataikra hagyatkozva készítették el a padlót, saját meggyőződéssel, különféle technológiákkal és felhasznált anyagokkal. Vannak kivitelező cégek, amelyek a vasalt ipari padlót részesítik előnyben, vannak, akik a szálerősítésű betonokban hisznek, és akadnak olyanok is, akik mindenféle erősítés helyett a jól megtervezett betontechnológiát tartják szem előtt. A szálerősítésű beton megjelenésével a gyártók szívesen vállalják át a padlók méretezését, ahol legtöbbször nem az alkalmazott padló minősége, hanem az ára a döntő. Ritka az, ahol a generáltervező ebbe bele tud szólni, vagy bele akar szólni, a felelősség kérdésköre tisztázatlan. Ennek a hiányosságnak a fő oka, hogy a tervezőknek nincs a kezükben egy olyan irányelv, amely alapján ipari padlót tudnának tervezni.

2. MÉRETEZÉSI MÓDSZEREK ÉS IRÁNYELVEK

A legtöbb irányelv a kézi méretezéshez ajánl különféle képleteket, a végeselem méretezést legfeljebb említik, azok használatára ajánlásokat nem tesznek (ACI360 1.4.3).

2.1. TR34

Európában a legismertebb és legelfogadottabb ipari padló méretezési irányelv a brit, The Concrete Society által készített TR34-es műszaki irányelv (Technical Report 34 – Concrete Industrial Ground Floors – A guide to design and construction). Mára már 4 kiadást élt meg, a kiadások 1988-ban, 1994-ben, 2003-ban, valamint 2013-ban jelentek meg. Magyarországon az ipari padlók méretezése jellemzően a 3. kiadás megjelenése után terjedt el, így közel 10 éven keresztül ez alapján történt a tervezésük, egészen a 4. kiadás megjelenéséig. A 3. kiadás alapján kizárólag erősítés nélküli beton, vagy szálerősítésű beton padlókat lehetett méretezni, a 4. kiadás viszont már alkalmas a legtöbb típusú ipari padló méretezésére, anyagát tekintve a beton, szöveterősítésű beton, szálerősítésű beton, vasbeton és hibrid, azaz szálerősítésű vasbeton tervezésére.

Az összes kiadás jellemzően az ágyazási tényező (k) felvételével veszi figyelembe az altalaji adottságokat, azonban az ágyazási tényező a talaj CBR (California Bearing Ratio) vagy rugalmassági modulus (E_v2) értékéből is kiszámolható. Amennyiben nem áll rendelkezésre ilyen adat, az ágyazási tényezőt egy minimum értékkel kell felvenni, melyet a helyszínen ellenőrizni kell a kivitelezés megkezdése előtt. A talajon fekvő ipari padló lemezvastagságára a TR34 korlátozásokat ír elő, a 3. kiadás szerint a minimális lemezvastagság 100 mm, míg a 4. kiadás már 150 mm értéket irányoz elő.

„A TR34 alapján különböző terhekre végezhetünk méretezést, ami lehet pontteher, két közeli pontteher, két pontteher, négy pontteher (pl. polclábak), vonal menti teher, vagy akár felületen megoszló teher."

Mindkét kiadásban megadhatjuk a tervezett beton szilárdsági osztályra jellemző paramétereket, melyek alapján végezzük a méretezést. Fontos kérdés a szálerősítés figyelembe vétele a tervezés során, mely kérdésben jelentős eltérés van a 2003-as és a 2013-as kiadás között. Míg a 3. kiadás a szálerősítésű betonoknál az R_e3 értéket használja a szálerősítésű beton jellemzésére, addig a 4. kiadásban teljesen átálltak a pontosabb, meghatározott CMOD (Crack Mouth Opening Distance) értékekhez tartozó maradó hajlító-húzószilárdság értékek használatára. Az Re3 és a maradó hajlító-húzószilárdság értékek megadása minden esetben a szál gyártójának vagy forgalmazójának a feladata, azonban a meghatározott CMOD értékekhez tartozó, maradó hajlító-húzószilárdság értékek kimérése bonyolultabb, így a 4. kiadás megjelenésével a gyártók/forgalmazók dolga megnehezült. Ezen maradó hajlító-húzó- szilárdság értékekkel viszont sokkal pontosabban megtervezhető a szálerősítésű beton ipari padló. Fontos még kiemelni, hogy a 3. kiadás megadott egy minimum Re3 értéket, melyet a szál teljesítményének el kellett érnie, ennek hiányában a padlót csak erősítés nélküli betonként lehetett méretezni.

Mindkét kiadás alapján az ipari padlók teherbírását a pozitív és negatív hajlító nyomatékok felvételére, valamint a nyírási ellenállásra kell méretezni. A pozitív nyomaték az ipari padló alsó felületén, míg a negatív nyomaték a felső felületén okoz repedéseket. A TR34 szerint a padló teherbírása a felső felületen megjelenő repedésig tart, holott a valóságban ez nem igaz, hiszen az első megjelenő repedés szabad szemmel nem is látható, a használhatósági határállapot követelményeinek (maximális repedéstágasság) betartásával nagyobb teherbírást is figyelembe lehetne venni. Ezek alapján a TR34 eléggé konzervatívnak tekinthető a teherbírás megállapítá- sának szempontjából. A nyírási ellenállás szempontjából is különbséget találunk a két kiadás között. A 3. kiadás kizárólag acél szálerősítés esetén engedi figyelembe venni a szálerősítés nyírási ellenállását, a 4. kiadásban viszont már az acél szálerősítés is csak hagyományos vasalással együtt vehető figyelembe nyírásra. Tehát a szálerősítést a nyírás szempontjából nem vehetjük figyelembe, arra erősítés nélküli betonként kell méretezni.

A 2003-as kiadás az anyagi és teher oldalon is meghatároz biztonsági tényezőket. A teher oldali biztonsági tényezők elnagyoltak és nem túlságosan differenciáltak. A 2013-as kiadásban már jóval differenciáltabb biztonsági tényezőkkel találkozhatunk pontterhek esetében, viszont a vonal- és egyenletesen megoszló terheknél nem érvényesül az osztott biztonság elve, hiszen csak az anyagi oldalon vesz figyelembe biztonsági tényezőt. A TR34 alapján különböző terhekre végezhetünk méretezést, ami lehet pontteher, két közeli pontteher, két pontteher, négy pontteher (pl. polcláten megoszló teher. Pontterhek esetében méretezést végezhetünk belső mezőben, vágott dilatációnál, átmenő dilatációnál, illetve szabad szélen. A dilatációknál az esetlegesen átmenő vasalás vagy tüskézés hatását is figyelembe lehet venni.

A 2003-as kiadásban megjelent a zsugorodásra való méretezés lehetősége, mely figyelembe veszi a zsugorodásból, valamint a hőmérséklet-különbségekből adódó kényszerfeszültségek hatását is. A 2013-as kiadásból kikerült a zsugorodásra való méretezés, a kiadás szerint megfelelő betontechnológia, kivitelezés és dilatációképzés mellett nem kell foglalkozni ezzel a kérdéssel, azonban a hazai viszonyok között érdemes erre is méretezni a padlószerkezetet. A 2013-as kiadás újdonságaként megjelent a fáradásra való méretezés, melyet anyagkezelő gépek terheire végezhetünk el, viszont kizárólag szöveterősítésű ipari padlók esetére ad meg képleteket.

Összefoglalásul elmondhatjuk, hogy a TR34 2013-as kiadásával, valamint a 2003- as kiadás bizonyos részeinek átvételével (pl. zsugorodásra való méretezés) a legtöbb típusú ipari padló megtervezhető.

2.2. ACI360

Amerikában a TR34 megfelelője az American Concrete Institute által kiadott ACI360 irányelv. Az irányelv részletes leírást ad a padlók kivitelezésére, a kapcsolatok kialakításának módjára, a szükséges kapcsolóelemek használatára.

Az irányelv megkülönbözteti az erősítés nélküli beton padlókat, valamint a különböző erősítéssel ellátottakat. Erősítésnek az acélbetét erősítést, valamint az acél és a szintetikus makro szálerősítést tekinti. Kijelenti, hogy a szintetikus mikroszálak nem adnak többlet teherbírást a padlónak, sőt a száradási zsugorodásból keletkező zsugorodási repedések korlátozására sem alkalmasak. Az irányelv hosszan részletezi a geotechnikai tulajdonságok megállapításának módjait, valamint a padló megfelelő működéséhez szükséges talajparamétereket. Táblázatos formában megadja, hogy milyen határok között mozoghat a különböző típusú talajok tömörségi értéke. Az irányelv a talaj kapcsolatait három csoportra bontja, melyek kialakításáról, valamint a szükséges kapcsolóelemekről részletes leírást is ad. Ezek a vágott dilatáció, a teljes izolálás, valamint a kapcsolt dilatáció. A padlókon előforduló terhek a részletes leírásban szerepelnek, továbbá megemlíti milyen lehetséges előforduló hatások érhetik a szerkezetet. A biztonsági tényezők értéke nagyobb, mint az európai szabványok esetén, ennek értéke 1,7- 2,0 között mozog a teher fajtájától függően.

A számítások háttereként megemlíti, hogy törésvonal-elmélet alapján történik a rugalmasan alátámasztott lemez törőerejének meghatározása, valamint, hogy a lemez rugalmas alátámasztásánál a Winkler-féle ágyazást veszi figyelembe, azonban a számítás részleteit nem mutatja be. A pontteher hatására bekövetkező törőerő meghatározásakor bemutatja a különböző formulákat a pontteher elhelyezkedésétől függően (szabad sarok, szabad szél, mezőközép), azonban két és négy egymástól adott távolságra elhelyezkedő pontteherre nem ad ajánlást. Megjegyzendő továbbá, hogy a TR34-hez hasonló képleteket használ a törőerő meghatározására, azonban több helyen erős közelítéseket használ, pl.: 2*п = 6.

A szálerősítésű betonpadlók számítását külön mintapéldán mutatja be. A szálerősítés hatását az Európában már korábban beszüntetett mérőszám, az R_e3 alapján veszi figyelembe. Ez a mérőszám a beton törőterhének, valamint a szálerősítés által hozzáadott maradó hajlító-húzószilárdság átlagos értékének hányadosa.

2.3. Osztrák irányelv

A TR34 és az ACI360 irányelvekhez hasonlóan megjelent az osztrák betonszövetség (Österreichische Vereinigung für Beton- und Bautechnik) kiadványa, a Merkblatt – Herstellung von faserbewehrten monolithischen Betonplatten, amely teljesen a TR34 alapjaira épült, szálerősí- tésű beton ipari padlókhoz. Több közelítés, melyeket megemlített az ACI360 irányelv, az osztrák segédletben is megtalálhatók.

2.4. Lohmeyer-Ebeling könyve

Ipari padlók méretezéséről az eddig felsoroltakon kívül számos szakkönyv jelent meg. Hazánkban a legelterjedtebb a Lohmeyer és Ebeling által írt könyv, a Betonpadlók gyártó- és raktárcsarnokokban, tervezés, méretezés, kivitelezés. Sajátos módon értelmezve az ipari padlókat saját biztonsági tényezőket és méretezési módszereket állít fel a fellépő terhek és hatá- sok méretezésére, beleértve a betonpadló zsugorodását és púposodását is. Sok nagyon hasznos érték szerepel a könyvben, amelyeket akár komoly végeselemes méretezéshez is használhatunk. A könyv részletesen bemutatja az egyes környezeti osztályokat, illetve, hogy ilyen környezetben milyen beton alkalmazása ajánlott. Továbbá a gyakorlatban is igen hasznos tényezőkre is ajánlást tesz (súrlódási tényezők, talajadatok stb.).

A könyv sorra veszi a tervezési lépéseket, beleérve a betonreceptúrákat is, valamint felsorolja a padlókkal szemben támasztott szokásos és különleges elvárásokat is. Részletes javaslatokat tesz a padlók kapcsolatainak kialakítására, szükséges vasalás elhelyezésére, de a meghibásodott padlók javítását és a hibás padló ellenőrzését is taglalja. A könyv az elméleti bemutatás mellett az egyes szerkezeti elemek elkészítéséről (vágott dilatációk, felületképzés, altalaj-tömörítés stb.) is gyakorlatias javaslatokat ad.

Sorozatunkat a Beton Újság következő számában folytatjuk.