Dwuteownik HEB 180/200 do podparcia ugiętego stropu betonowego 5x5m – dobór i montaż

Pytanie

jakim dwuteownikiem podeprzeć strop ugięty strop betonowy 5m x 5m w 2 miejscach

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Dla typowego stropu żelbetowego 5 m × 5 m o przeznaczeniu mieszkalnym, podpartego w dwóch równoległych liniach, wstępnie przyjmuje się dwie belki stalowe:
  • HEB 180 ÷ 200 lub, w systemie amerykańskim, W12×26 (≈ HE 300 A)
  • rozstaw stempli montażowych co 1,0–1,5 m.
• Ostateczny dobór wymaga obliczeń inżyniera konstruktora po zbadaniu rzeczywistego obciążenia, grubości płyty i stopnia ugięcia.

Szczegółowa analiza problemu

1. Założenia obciążeniowe (wg Eurokodów)
   • Obciążenie stałe: ciężar własny stropu (15 cm) + posadzka ≈ 4 kN/m²
   • Obciążenie użytkowe (mieszkalne) ≈ 3 kN/m²
   • Obciążenie charakterystyczne q ≈ 7 kN/m² (wariant konserwatywny 9–11 kN/m² dla magazynu).

2. Redukcja do belki
   • Przy podparciu w 2 liniach i osiowym rozstawie 2,5 m każda belka przenosi:
   \( w = q \cdot s = 7 \,\text{kN/m²} \times 2{,}5 \,\text{m} = 17{,}5 \,\text{kN/m} \)
   (wariant cięższy: 11 kN/m² ⇒ 27,5 kN/m).

3. Wymagany moduł przekroju S (granica plastyczna stali S235/S275, współczynnik γₘ0 = 1,0)
   \[ M = \frac{wL^{2}}{8} = \frac{17{,}5 \times 5^{2}}{8} = 54,7 \,\text{kN m} \]
   \[ S_{req} = \frac{M}{fy} = \frac{54,7 \times 10^{6}\,\text{N mm}}{275\,\text{MPa}} \approx 199\,\text{cm³} \]
   Wariant cięższy (27,5 kN/m) ⇒ \(S\{req}\) ≈ 314 cm³.

4. Porównanie z tabelami przekrojów
   • IPE 180 – S ≈ 242 cm³ (wystarcza dla scenariusza mieszkalnego).
   • IPE 200 – S ≈ 349 cm³.
   • HEB 160 – S ≈ 395 cm³.
   • HEB 180 – S ≈ 575 cm³ (zapewnia rezerwę dla większych obciążeń i ogranicza ugięcia).

5. Ugięcie graniczne
   Dopuszczalne wg EC: \(L/360\) (≈ 14 mm). HEB 180/200 przy rozpiętości 5 m i obciążeniu 20–30 kN/m spełnia warunek bez dodatkowych usztywnień, podczas gdy IPE 180 ociera się o limit – wymaga gęstszego podparcia lub zamiany na profil wyższy.

6. Układ montażowy
   • Belki układamy prostopadle do kierunku największego ugięcia, w osi 1,67 m od ścian, tak aby współpracowały z istniejącymi wspornikami krawędziowymi.
   • Końce belek muszą spocząć na poduszkach żelbetowych lub stalowych płatwiach min. 150 mm długości, przenoszących siły na ściany nośne / nowe słupy.
   • Kontakt belka–strop: elastyczne podkładki (np. płyty gumowo-stalowe) + zaprawa szybkosprawna, aby uniknąć punktowego zgniotu betonu.

Aktualne informacje i trendy

• W praktyce modernizacyjnej 2022-2024 popularne jest łączenie stalowych belek z kotwami chemicznymi klasy ETA (Hilti HIT-RE 500 V3, Fischer FIS EM Plus) oraz iniekcjami pęczniejącymi dla pełnego dospawania stropu do nowo wprowadzonych profili.
• Coraz częściej wykorzystuje się cyfrowe skanowanie (GPR, skanery 3D) do identyfikacji zbrojenia i modelowanie MES (Robot, RFEM, SCIA) do oceny ugięcia reologicznego betonu.
• Trend „Design for Deconstruction” – belki mogą być montowane na sucho (śruby HV, ściskacz sprężony), by umożliwić demontaż lub rekondycjonowanie płyty w przyszłości.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Dwuteownik (I-beam) charakteryzują dwa główne parametry: wysokość h oraz moduł przekroju plastycznego \(W_{pl}\) (≈ S_x). To właśnie S decyduje, czy belka wytrzyma moment zginający.
• profile IPE mają wąskie półki ⇒ mniejszy ciężar i tańsze, lecz większe ugięcia; HEB mają grube półki ⇒ wyższa sztywność.
• Amerykański W12×26 ≈ wysokość 305 mm, masa 38,7 kg/m, S ≈ 1600 cm³ – zapewnia bardzo duży zapas, ale jest cięższy i droższy, stosowany gdy wymagana minimalizacja ugięć < L/500.

Aspekty etyczne i prawne

• W Polsce jak i w UE prace ingerujące w elementy konstrukcyjne wymagają projektu budowlanego oraz nadzoru osoby z uprawnieniami budowlanymi (Prawo budowlane art. 18 i 20).
• Ukrywanie przyczyn ugięcia przez „podsztukowanie” belek bez analizy może narazić wykonawcę na odpowiedzialność karną (nieumyślne sprowadzenie niebezpieczeństwa katastrofy budowlanej – K.K. art. 164-165).

Praktyczne wskazówki

1. Zamów ekspertyzę: pomiar aktualnego ugięcia (niwelator + łata), skan zbrojenia, próbki betonu (młotek Schmidta).
2. Wariant tymczasowy: przed montażem belek rozpórzyć strop stemplem w odwrotnym kierunku ugięcia, unieść 2-3 mm, wbić kliny drewniane, następnie wprowadzić belkę na poduszce montażowej.
3. Połączenia końcowe: stal–mur zazwyczaj przez blachy oporowe 10 mm + zaprawa szybkowiążąca. Jeśli belka idzie na nowe słupy stalowe – śruby M20 8.8 HV / blachy 12 mm.
4. Kontrola powykonawcza: pomiar ugięcia bezpośrednio po montażu i po 30 dniach; dopuszczalna różnica ≤ 3 mm.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Jeżeli strop jest gęstożebrowy (Teriva, Ackerman) zamiast monolitycznej płyty, obciążenia przekazują się liniowo na żebra – dobór profili może się różnić.
• Widoczne rysy ukośne szerokości > 0,3 mm mogą świadczyć o uszkodzeniu zbrojenia; sama belka nie zatrzyma procesu karbonatyzacji czy korozji.
• W przypadku pomieszczenia o podwyższonym obciążeniu (archiwum, mały magazyn) należy rozważyć profil HEB 220 lub wprowadzenie trzeciej linii podparcia.

Sugestie dalszych badań

• Analiza długotrwałego pełzania betonu i wpływu reologii na współpracę z belką stalową – MES time-dependent.
• Badania nieniszczące żyroskopowe (Vibrating Wire Strain Gauges) do monitoringu ugięcia po wzmocnieniu.
• Zastosowanie kompozytów CFRP jako alternatywa dla belek stalowych przy ograniczonej wysokości konstrukcyjnej.

Krótkie podsumowanie

Dobór dwuteownika do podparcia ugiętego stropu zależy od rzeczywistego obciążenia i stanu płyty. Dla typowego stropu mieszkalnego 5 m × 5 m wystarczająco sztywnym i ekonomicznym rozwiązaniem jest para belek HEB 180-200 (lub W12×26/HE 300 A) podpartych co 1-1,5 m na stabilnych podporach. Kluczowe jest jednak przeprowadzenie pełnej ekspertyzy i projektu przez uprawnionego konstruktora – dopiero wtedy profil, rozstaw stempli i technologia montażu będą w 100 % bezpieczne i zgodne z prawem.