zastosowanie-betonu-architektonicznego-naglowek
Budownictwo

Zastosowanie betonu architektonicznego – płyty betonowe na ściany i podłogi

Wprowadzenie

Czy to na zapierających dech w piersiach wysokościach, czy też poprzez ekstremalne formy i konstrukcje – wizje architektów dotyczące realizacji muzeów, sal koncertowych, stadionów czy mostów stawiają przed przemysłem budowlanym na całym świecie najwyższe możliwe wymagania.

W wielu przypadkach beton architektoniczny jest najlepszym rozwiązaniem, czy to ze względów inżynierii lądowej, ekonomicznych czy estetycznych.

Podstawowe zasady

Beton architektoniczny stał się jednym z najważniejszych elementów projektowych w nowoczesnej architekturze. Żaden inny materiał budowlany nie może być stosowany i przetwarzany w tak wszechstronny sposób. Dlatego też beton architektoniczny jest wykorzystywany w prawie wszystkich dziedzinach budowlanych.

Dzięki możliwościom obróbki świeżego betonu, praktycznie każdy kształt i jakość mogą być ekonomicznie realizowane przy pomocy odpowiednich systemów deskowań i szalunków.

zastosowanie-betonu-architektonicznego-przyklad-4

Na tworzenie betonu architektonicznego jako elementu konstrukcyjnego mają wpływ następujące czynniki:

  • System szalunków i deskowań.
  • Mieszanka betonowa, w tym rodzaj cementu i kruszywa.
  • Dodane pigmenty.
  • Wybór odpowiedniego środka oddzielającego.
  • Późniejsza obróbka powierzchni, np. mycie, szlifowanie, polerowanie i piaskowanie.
  • Hydrofobizująca impregnacja, lakierowanie barwne i powłoki.

Rozwój betonu budowlanego z nowymi typami betonu, jak np. betony wysokowytrzymałe, lekko zagęszczone i samozagęszczające się, jak również betony zbrojone włóknami (włókna stalowe i tekstylne) otwiera kolejne obszary zastosowań.

Zespół ds. betonu architektonicznego

Do planowania i wykonywania konstrukcji i elementów konstrukcyjnych o specjalnych wymaganiach dotyczących powierzchni betonu niezbędna jest skoordynowana współpraca wszystkich zaangażowanych stron. Oczekiwania i wymagania projektantów i klientów muszą odpowiadać wymaganiom, które mogą być zrealizowane w trakcie budowy.

Najlepszym rozwiązaniem dla osiągnięcia dobrego wyniku jest stworzenie zespołu ds. betonu architektonicznego. Ponieważ odpowiedzialność nie zostaje zazwyczaj określona w fazie planowania i nie podjęto ostatecznej decyzji, kto będzie wykonywał prace, nie zawarto umów konsultacyjnych z kompetentnymi firmami specjalistycznymi (np. producentem deskowań) lub doświadczonymi biurami inżynieryjnymi. Wybrane biuro inżynieryjne może wówczas pełnić rolę koordynatora ds. betonu architektonicznego w zespole ds. betonu architektonicznego.

Systemy deskowania

W nowoczesnej konstrukcji szalunku stosuje się przede wszystkim szalunek systemowy lub szalunek, który składa się głównie z elementów systemowych. Kompatybilność poszczególnych elementów systemu ma kilka zalet: z jednej strony, określona logika montażu zwiększa szansę na prawidłowe zastosowanie poszczególnych elementów szalunku.

zastosowanie-betonu-architektonicznego-przyklad-6

Z drugiej strony, liczba możliwych zastosowań na placu budowy jest ograniczona, dzięki czemu koszty amortyzacji używanych urządzeń – związane z projektem budowlanym – są redukowane. Jednocześnie zastosowanie deskowania systemowego jest znacznie bezpieczniejsze dla zespołu budowlanego.

W przypadku stosowania systemów szalunkowych dla powierzchni betonu architektonicznego należy uwzględnić jakość deskowania. Deskowanie panelowe jest stosowane głównie jako szalunek do wynajęcia dostarczany przez firmy zajmujące się wynajmem. Poszczególne elementy szalunkowe mają tutaj różny stopień zużycia i mogą obejmować również powierzchnie naprawione.

Budowa infrastruktury

W budowie tras komunikacyjnych – na przykład mostów, tuneli lub ścian oporowych – beton architektoniczny jest uważany za ważny element projektowy.

Te betonowe powierzchnie są często obserwowane z dużej odległości lub z pojazdu przejeżdżającego z dużą prędkością. W celu stworzenia akcentów optycznych należy dobrać przejrzyste elementy konstrukcyjne. Na przykład połączenia płyt szalunkowych lub połączenia wynikające z faz roboczych muszą być wyraźnie uformowane.

Należy jednak pamiętać, że wiele elementów tych konstrukcji narażonych jest głównie na bezpośrednie działanie czynników atmosferycznych. Oznacza to, że ulegają one szybkiemu starzeniu i z biegiem czasu w znacznym stopniu zmieniają swój wygląd.

Systemy deskowań do ścian

W przypadku systemów deskowania ściennego rozróżnia się deskowanie panelowe i deskowanie dźwigarów. Szczególną cechą są systemy szalunków okrągłych.

Deskowanie do płyt

Obecnie około 70% firm budowlanych stosuje szalunki panelowe do budowy betonowych ścian. Nazwa pochodzi od ramy obwodowej, która chroni krawędzie zamontowanych szalunków przed mechanicznym zużyciem i naprężeniami. W rezultacie połączenia płyt pozostawiają typowe ślady na powierzchni betonu. Ponadto, ramy stalowe lub aluminiowe są wykorzystywane do montażu kotew szalunkowych i służą również do mocowania łączników szalunkowych i elementów ruchomych.

Rozmieszczenie standardowych paneli i wiązań szalunku w siatce waha się od 2,7 m do 3,5 m, a poszczególne panele mogą być łączone ze sobą pionowo lub poziomo. Deskowanie paneli jest wytrzymałe, trwałe i łatwe w użyciu dzięki wcześniej ustalonemu układowi montażowemu.

Deskowanie dźwigarów

Szalunki dźwigarowe są dziś stosowane znacznie rzadziej niż miało to miejsce wcześniej, a przede wszystkim wykorzystuje się je do zadań specjalnych. Nazwa pochodzi od użytych dźwigarów drewnianych lub metalowych. Belki główne, walerów stalowe i dowolnie wybierane szalunki z prefabrykowanych elementów szalunkowych, tzw. profili szalunkowych. Walery stalowe łączą system i służą również jako powierzchnie podporowe dla systemu kotwiącego.

Rozmieszczenie elementów standardowych i wiązań szalunków w siatce może być różne. Mogą być one zróżnicowane jako:

  • Elementy standardowe: Prefabrykowane kształtowniki z wcześniej ustalonymi wymiarami elementów dostępnych w firmach zajmujących się ich wynajmem, częściowo wyposażone w szalunek na potrzeby drugorzędne oraz jako płyta nośna dla szalunku do betonu architektonicznego.
  • Elementy szalunkowe związane z obiektem: Te sekcje szalunków są projektowane i wykonywane zgodnie z specjalnymi wymaganiami. Szalunki (typ, rozmiar, mocowanie), dźwigar i podest (rozstawy), jak również rozmieszczenie wiązań są dowolnie wybierane z uwzględnieniem zasad systemu.
zastosowanie-betonu-architektonicznego-przyklad-5

Szalunek okrągły

Ściany krzywoliniowe mogą być konstruowane wielobocznie w formie wielokąta z szalunkiem panelowym poprzez wstawione trapezowe listwy osłonowe. Okrągłe powierzchnie ścian są formowane za pomocą specjalnych systemów deskowania dźwigarów, za pomocą których wymagany promień uzyskuje się za pomocą regulowanych wrzecion łączących pojedyncze sekcje walca.

Promienie gięcia są możliwe w sposób ciągły w zakresie od 1 m do ok. 20 m. Krzywiznę szalunku uzyskuje się dzięki specjalnemu profilowanemu drewnu, przycięte zgodnie z promieniem krzywizny, które jest wkładane pomiędzy szalunek i położenie dźwigara.

Systemy szalunkowe do płyt

Podobnie jak w przypadku systemów deskowania dźwigarów do ścian, szalunek stropowy wykonany jest z dźwigarów drewnianych lub metalowych. Wyróżnia się elastycznym zakresem zastosowań.

Stoły stropowe, które są zwykle wykorzystywane do formowania dużych powierzchni stropów, składają się z tych samych elementów systemu. Dzięki dużym powierzchniom szalunkowym liczba połączeń płyt jest zredukowana i ułatwia betonowe wykończenie, które w całości spełnia powyższe wymagania.

Podobnie jak w przypadku deskowania panelowego dla powierzchni ścian, deskowanie panelowe zostało opracowane dla konstrukcji stropów. Główną zaletą deskowania płyt panelowych jest szybkie i bezpieczne użytkowanie. Zgodnie z zasadą projektowania deskowanie stropowe dzieli się na:

  • Deskowanie stropów nośnych.
  • Szalunek stropowy panelowy.
  • Deskowanie stropów kratownicowych.

Szalunki wielkogabarytowe (np. moduły stołów, stoły dostosowane do potrzeb klienta).

zastosowanie-betonu-architektonicznego-przyklad-1

W przypadku płyt jakość powierzchni betonowej może być różna z różnych powodów. Dotyczy to również odcisków paneli spowodowanych układem paneli stosowanego systemu szalunków. Na jakość betonu wpływa również jakość, rozmieszczenie i wielkość poszczególnych arkuszy swobodnie dobranego szalunku.

Systemy deskowań do słupów

Szalunek słupowy lub podpór jest najczęściej pochodną deskowania panelowego lub dźwigarowego. W związku z tym cechy szczególne są bardzo podobne. Aby móc spełnić wymagany standard jakościowy dla podpór i słupów, należy tutaj również wybrać odpowiedni system deskowania.

W zależności od wymagań dotyczących przekroju słupa stosuje się wykończenie krawędzi lub powierzchni betonu, płyt i deskowania dźwigarów.

Systemy deskowań do powierzchni swobodnych 3D

Dzięki zastosowaniu nadzwyczajnych form konstrukcyjnych, właściciele i architekci często umieszczają wizualne akcenty w konstrukcjach budynków kulturalnych lub prestiżowych budowli, które spełniają bardzo wysokie wymagania budowlane. Tak zwane powierzchnie 3D o swobodnym kształcie trudno jest zrealizować przy użyciu konwencjonalnych metod deskowania.

Ponadto większość pozostałych widocznych powierzchni ma być wykonana w najwyższej jakości i z ostrymi krawędziami. W przypadku tych ekstrawaganckich konstrukcji budowlanych należy w każdym przypadku zrealizować indywidualną koncepcję deskowania dostosowaną do indywidualnych potrzeb klienta.

Ta koncepcja deskowania jest opracowywana na podstawie trójwymiarowego modelu budynku dostarczonego przez producenta deskowania. Składa się on ze statycznie podtrzymujących elementów podstawowych i szalunkowych jednostek szalunkowych 3D. Poszczególne elementy są łatwo łączone ze sobą na placu budowy, a następnie umieszczane za pomocą punktów pomiarowych, osi pomocniczych i elementów montażowych. Wykorzystanie na budowie odbywa się podobnie jak w przypadku deskowania systemowego.

zastosowanie-betonu-architektonicznego-przyklad-2

Szalowanie – projektowanie powierzchni betonowych

Poprzez dobór szalunków możliwe są nieskończone możliwości projektowania struktury powierzchni betonowej. W procesie formowania określa się charakter powierzchni betonu – niezależnie od późniejszej obróbki.

Osoba sporządzająca dokumentację przetargową musi posiadać szczegółową wiedzę na temat formowania wraz z właściwościami materiału, powłok i obróbki, jak również interakcji ze środkiem otaczającym i świeżym betonem, i uwzględnić to podczas planowania.

Specyfikacja powierzchni betonu musi być dobrze zdefiniowana, tak aby wykonawca mógł uwzględnić wszystkie aspekty istotne dla materiałów i zastosowań bez żadnego ryzyka przy wyborze szalunku, który ma być zastosowany. Ponadto musi on być w stanie ocenić wykonalność i wskazać wszelkie oczekiwane tolerancje i odchylenia od projektu.

Cztery czynniki kształtujące, które mają decydujący wpływ na powierzchnię betonu:

  • Absorpcja szalunku: Powierzchnia betonu jasna/ciemna.
  • Struktura powierzchni (struktura): Tekstura powierzchni betonu.
  • Połączenia formujące: Układ siatki powierzchni betonowej.
  • Mocowanie szalunku: Wrażenia na powierzchni betonu.

Przykłady projektów

Dzisiejsze projekty konstrukcyjne i metody budowy pozwalają na realizację imponujących koncepcji architektonicznych. W związku z tym chcielibyśmy przedstawić szereg projektów charakteryzujących się szeroką gamą wariantów.

Budownictwo ogólne

Od wielu lat architekci odkrywają na nowo potencjał betonu architektonicznego w budownictwie i wykorzystują go jako ważny element projektowy. Równolegle z rozwojem materiałów budowlanych i technologii procesowych, wymagania również znacznie wzrosły.

Wysoka wytrzymałość oraz skroplenie do betonu samozagęszczającego się ułatwia realizację smuklejszych konstrukcji betonowych oraz bardziej zróżnicowanych form. Zakrzywione i pochylone ściany i płyty są często wyróżniającym się elementem konstrukcyjnym. Branża budowlana zajmująca się deskowaniami dostosowała się odpowiednio do sytuacji. Pragnienie uzyskania gładkich, bezspoinowych powierzchni betonowych można w jak największym stopniu zaspokoić dzięki gamie dostępnych szalunków wielkogabarytowych.

zastosowanie-betonu-architektonicznego-przyklad-3

Elementy w chronionych obszarach wewnętrznych nie są narażone na działanie czynników atmosferycznych, dlatego proces starzenia się tych powierzchni betonowych przebiega znacznie wolniej. Powierzchnie betonowe wewnątrz budynku widoczne są z bliska. W związku z tym szczegóły stają się znacznie bardziej wyeksponowane.

W związku z tym architekci planujący wraz z wykonawcą budynku powinni określić, co jest wykonalne w celu uzyskania wymaganego wykończenia betonu architektonicznego. W przeciwnym razie nadmierne wymagania i prace rektyfikacyjne spowodują niewystarczające i niezadowalające rezultaty.

Budynki kultury

Szczególnie w dziedzinie budownictwa kulturalnego architekci i projektanci preferują beton architektoniczny jako podstawowy budulec. Oprócz wymagań artystycznych dotyczących widocznych pozostałych powierzchni betonowych, w realizacji często dominują specjalne formy kompletnych konstrukcji lub poszczególnych elementów.

Przy planowaniu deskowania należy zwrócić uwagę na staranne połączenia, schematy połączeń oraz uporządkowane rozmieszczenie elementów deskowania. Wynika to z faktu, że połączenia płyt i wzór połączeń wraz z tworzeniem punktów połączeń są istotnymi elementami projektowymi w betonie architektonicznym.

zastosowanie-betonu-architektonicznego-przyklad-7

W celu uzyskania jednolitego wykończenia powierzchni betonu należy zwrócić szczególną uwagę przy wyborze rodzaju betonu, który ma być użyty oraz całej technologii obróbki betonu, w tym późniejszej obróbki powierzchniowej. Jeżeli zwiększone wymagania dotyczą wyglądu powierzchni betonowych, wskazane jest zainstalowanie nowych szalunków w szalunku. W razie potrzeby schemat kotew można uzupełnić o kotwy ślepe w celu uzyskania symetrycznego układu.