Tehnički principi zidanja obložnih zidova od fasadne silikatne opeke uz upotrebu savremenih načina oslanjanja i fiksiranja

U tekstu su izloženi tehnički principi zidanja obložnih zidova od fasadne opeke sa analizom raznih slučajeva oštecenja usled primene neispravnih tehničkih rešenja, a posebno nepravilnog izbora elemenata za oslanjanje i fiksiranje. Poseban akcenat je dat na zahtevu za pravilnim izvođenjem dilatacija obložnog zida od fasadne opeke, gde se posebna prednost daje upotrebi silikatne opeke koja je najmanje osetljiva na promenu zapremine pod uticajem spoljnih faktora. Pri tom je naglašen značaj korišćenja savremenih elemenata za fiksiranje fasadnih zidova, sidara i konzola od nerđajućeg čelika, koji pored toga što su propisima uslovljeni, ispitani i atestirani, takode pružaju i niz drugih prednosti u smislu sigurnije i brže gradnje kao i slobode arhitektonskog oblikovanja i izražavanja.

Zahtevi za kvalitetnom termoizolacijom objekata, izraženi i nametnuti propisima, i potrebom štednje energije, doveli su do masovne primene slojevite termoizolacije spoljnih zidova. Više i nema objekta projektovanog poslednjih godina koji nema višeslojne zidove, i ostale spoljne višeslojne konstruktivne elemente. I pored toga što zadnjih godina za termičku izolaciju i oblogu spoljnih zidova gotovo da je poptpuno prevladao sistem kontaktne termoizolacione obloge (u našim krajevima odomaćen termin „demit“ sistem), koji je po ceni u prednosti, ipak se poslednjih godina vraća potreba i svest da treba fasadni zid mnogo solidnije izvesti pa se obloga od fasadne opeke vraća na velika vrata na naša gradilišta.

Sa ovim u vezi aktuelizuje se potreba mnogih projektanata konstrukcija i detalja, da se reše i otklone mnoge nepoznanice pa i greške u realizaciji. Poseban problem je i nedovoljno poznavanje razvoja i proizvodnje elemenata za fiksiranje sendvič fasadnih zidova sa oblogom od fasadne opeke, pa je ovaj tekst nastao kao pokušaj da se unese malo više svetla u ovu, naizgled jednostavnu, a u suštini veoma kompleksnu problematiku.

Sve u svemu projektant je veoma često suocen sa dilemom koji detalj da primeni u višeslojnom zidu od fasadne opeke, kako da reši eliminacija termickog mosta, kako da se izbegnu pucanja usled ekstremnih širenja i skupljanja zidane fasadne obloge, kakav treba da bude ventilisani vazdušni sloj, itd. Posebno je iskušenje šta primeniti za oslanjanje obloge od fasadne opeke, betonski ispust ili neki savremeniji način - tipa konzole od nerđajućeg čelika ili betonsku konzolu „produžiti“ dodatkom prohronskog elementa. Takođe i dilema kako obezbediti horizontalnu stabilnost zidova od dejstva vetra i seizmike, koja sidra (ankere) primeniti, kako učvrstiti izolaciju od mineralne vune ili neke ekspandirane pene.

U nedostatku odgovarajuće domaće regulative, literature i prevedenih stranih propisa (i edukacija, čak i na našim visokim školama iz struke je u ovoj oblasti oskudna), projektant je „primoran“ da kreira originalna rešenja umesto da projekat usmerava u pravcu proverenih standardizovanih rešenja. Rezultat ovakvog stanja bile su mnoge velike štete na izvedenim objektima, koje su nažalost i deo svakodnevne gradevinske prakse. Najcešce štete u vezi sa ovim problemima su oštecenja zidne obloge usled nepravulno dilatiranih površina, kondenzacija u termčikom sloju, degradacija veze zidnih obloga zbog korozije veznih elemenata itd.

Primer oštećenja zbog nepravilnog dilatiranja

Jedan od najčešcih uzroka oštecenja fasadne obloge je nepravilno rešeno dilatiranje fasadnog zidnog platna velike dužine koje je termoizolacijom odvojeno od nosećeg zida. Ono što suštinski razlikuje ovakvu zidnu strukturu od klasične je u tome što se kod sendvič zida radi o dve fizički odvojene celine koje su u različitim uslovima temperature, vlažnosti i opterecenja. S druge strane, noseći unutrašnji i spoljni fasadni zid međusobno su spojeni vezama za horizontalni i vertikalni pravac, pa se pravulno rešeno dilatiranje postavlja kao uslov stabilnosti.

Najbolje shvatanje ozbiljnosti ove problematike je na lošim primerima iz prakse. Na primeru jedne osmospratne stambene zgrade iz niza istovetnih objekata biće prikazana analiza mehanizma oštećenja i uzroka koji su do toga doveli.

Objekat je spratnosti P+8+Pk. Noseći zidovi su od betona livenog u prenosnoj oplati, a tavanice su od armiranobetonskih ploča debljine 15cm. Spoljne noseće zidove čine betonski zidovi debljine 15cm, izolacija je sloj staklene vune 5cm i spoljna obloga je fasadna opeka 12cm, oslonjena na svakoj etaži na betonske ispuste. Ovi ispusti su naknadno omalterisani sa spoljne strane i obojeni.

Oštecenja na ovoj fasadi (autor članka je evidentirao veliki broj objekata, čak i širom bivše SFRJ sa ovakvim oštecenjima), desila su se na fasadnoj oblozi na nivou betonskih nosećih konzola. Uočava se da je izlomljen površinski deo obloge zidova od fasadne opeke na delu oslonačkih betonskih ispusta, a do loma je došlo i po sloju naknadno omalterisanog cementnog maltera, koji je zahvatio i površinski sloj opeke neposredno ispod i iznad ispusta-venca. Na delovima gde je opadanje cemetnog maltera sa betonskog venca više izraženo, uočava se oštećenje čak i samog betonskog tela konzole. Štete su po pravilu uočljivije na svakoj drugoj odnosno trećoj etaži, i nešto su veće na zapadnoj i južnoj fasadi (slike 1, 2).

Analiza uzroka oštećenja

Ova analiza se radi na osnovu teoretskih razmatranja, bez ispitivanja karakteristika svih materijala, specijalno fasadne opeke. U svakom slučaju radi se o različitom dilatiranju spoljne fasadne obloge i unutranjeg betonskog zida, koji je za tu oblogu ujedno i noseći zid, pa se može zaključiti na osnovu proračuna napona u zidnoj oblozi da su razlozi tih različitih dilatacija sledeći:

a) termičko širenje obloge od fasadne opeke,
b) elastoplasticne deformacije betonskog zida i puzanje betona,
c) mogućnost bubrenja - širenja opeke usled upijanja vlage iz okoline ili površinskom kondenzacijom difuzne pare ili usled nekog fizičko-hemijskog procesa.

Proračunom maksimalnih dilatacija, kada se superponiraju svi od ovih uticaja širenja i skupljanja sendvič zida, dobija se frapantan podatak, da se bez izvedenih dilatacija u obložnom zidu od fasadne opeke može dobiti sila koja „pritiska“ betonsku konzolu silom od 456KN po metru dužnom.

Za ilustraciju, samo usled temperaturnih uticaja u ovako s1oženoj višeslojnoj oblozi može doći do ekstremnog kolebanja temperature u fasadnoj oblozi od -10°C do čak +70°C što daje ukupnu ∆t=80°C. Ova ekstremna termička kolebanja, a samim tim i širenja i skupljanja, odnose se samo na spoljni fasadni zid jer se unutrašnji „štiti“ termoizolacionim slojem. Tu je i suština razumevanja potrebu za dilatacijama, odnosno odvajanja spoljne od unutrašnje fasadne strukture. Nikako se ova ekstremna dilatiranja fasadne obloge ne smeju preneti na noseće elemente zida, u ovom slucaju na noseće konzole.

Vratimo se analizi našeg primera objekta gde nisu izvedene dilatacije zida od fasadne opeke i gde su uočena oštecenja betonskih ispusta. Kada bi konzolni elementi, posebno krajnji - gore i dole, bili dovoljno otporni, onda bi se pitanje stabilnosti fasadne obloge moglo postaviti samo u pogledu otpora fasadne opeke na napone pritiska. Ovaj napon je u analizi napona proračunat na oko 5MPa, a to je napon koji fasadna opeka zidana produžnim malterom može da izdrži. Međutim, malo je kontradiktorno, ali bolje bi bilo da to nije tako, odnosno da je spoljna obloga „malo mekša“.

Kod drugih objekata sa potpuno istim sistemom fasadne obloge, ali sa drugom vrstom fasadne opeke ovakve štete se nisu događale. Razlog leži u tome što se kod povećanih dilatacija zid od opeke - koji se u uslovima porasta napona pritiska ponaša više kao plastično telo - deformiše bez vidnih oštećenja i ne prenosi opterećenja na oslonačke elemente. Treba napomenuti da se na fasadnim oblogama od silikatne fasadne opeke nisu uočila ovakva oštećena pa se može zaključiti da je njeno dilatiranje više u oblasti plastičnih deformacija koje su poželjnije u ovim fasadnim oblogama. Isto bi se desilo u slučaju da se upotrebi slabiji malter.

U našem primeru, kada je fasadni zid, odvojen termoizolacijom od nosećeg, velike mehaničke čvrstoće, naponi od raznovrsnih dilatacija su se preneli na noseće konzolne elemente, pa su oni i pretrpeli drastična oštećenja (sl. 1 i 2). Sve u svemu ovde nije bila greška u kvalitetu fasadne opeke, već se na drastičan i poučan način dokazalo da su pravilno raspoređene i dosledno izvedene dilatacije uslov primene ovakvog sistema uopšte.

Uticaj temperature na površinu fasadne obloge očituje se i kroz razlike u temperaturi spoljne obloge (∆t). Stoga je potpuno rizično lepljenjem fiksirati fasadne obloge - pločice, cepanu opeku i i slično. Tu se pojavljuje razaranje adhezije lepila zbog uticaja ∆t pa je moguće otpadanje fasadne obloge.

Sanacija ovih oštećenja izvela bi se postupkom prosecanja sloja fasadne opeke ispod nosećeg konzolnog elementa i naknadnog zidanja novog reda opeke bez zapunjavanja gornje spojnice malterom. Ova spojnica zatvorila bi se elastičnom sunđerastom gumom i zagitovala elastičnim ili elastoplastičnim gitom. Na ovaj način bio bi obezbeđen neometan rad svakog zidnog platna u visini svake etaže. Pri tom je potrebno dodati i sidra za stabilnost u horizontalnom pravcu, ako takva nisu ugrađena.

Pravila izvođenja dilatacija i primena sidara za horizontalno povezivanje zida od fasadne opeke

Našim standardima još nije regulisan način dilatiranja obložnih fasadnih zidova. Nemačkim standardom DIN 1053 predviđeno je prekidanje fasadnog zida na sledeće dužine:

- zapadna strana manje od 8m,
- južna strana manje od 9m,
- istočna strana manje od 10m,
- severna strana manje od 12m.

• Dilatacije se obavezno izvode i na mestima preloma zida (sl.3).

Njihova dimenzija - širina fuge se obavezno proračunava i treba da bude 5 do 6 puta veća od proračunate maksimalne dilatacije. Fasadni zid treba da se projektuje sa horizontalnom dilatacijom neposredno ispod konzole min 2cm kao i vertikalnim na rastojanju od 10-12m. Na uglovima takođe obavezno dilatatiranje od minimum 1,5cm širine fuge.

Ovi uslovi odnose se na neprekinuta fasadna platna tako da su za naš slučaj, gde se zid oslanja na nivou svake međuspratne ploče, logične dilatacije ispod svakog betonskog oslonca, odnosno na oko 3m u vertikalnom pravcu (slika 4). Ovo je svakako dosta skupo, pa treba razmišljati o oslanjanju na svakoj drugoj etaži, pa tako i o dilatiranju.

Kada se obložni zid od fasadne opeke po ovim pravilima dilatira, odnosno potpuno „oslobodi“ obavezno je da se za noseći zid poveže, ankeruje žičanim sidrima od nerđajućeg čelika (5 kom na m2 u skladu sa DIN 1053), od kojih svako izdržava silu čupanja od 1kN. Sidra tako obezbeđuju zid od prevrtanja.

Ovde treba napomenuti da se kod nas u ovom slučaju najčešće čine greške tako što se koriste sidra od pocinkovane žice 3 do 4mm. Pocinkovana žica može u uslovima vlažne sredine korodirati u međusloju između izolacije i fasadnog zida i to u realtivno kratkom vremenu od oko 10 godina, a sanacija je gotovo nemoguća.

Za ilustraciju grešaka koje su prisutne u našoj praksi, može poslužiti drastičan primer rušenja kompletnog polja fasadne obloge od opeke sa trećeg sprata jedne relativno nove i solidno građene zgrade (sl.5). Izvođač je računao da je dovoljno da upotrebi par žica od pocinkovane žice za vezu dva zida a da zid uklješti punjenjem najviše spojnice malterom ispod betonske konzole. To očigledno nije bilo kvalitetno rešenje; nakon jačeg vetra sa suprotne strane i delovanje sile podpritiska, celo zidno platno se srušilo, na svu sreću u noći kada nikog nije bilo u zoni rušenja. Ovakvi slučajevi su dovoljna opomena da se obložni zid od fasadne opeke mora:

1. Kvalitetno dilatirati i omogućiti njegovo prirodno skupljanje i širenje. U nedostatku domaćeg propisa, može se primeniti nemački DIN 1053.
2. Pričvrstiti u horizontalnom smislu za osnovni - noseći zid kvalitetnim ankerima (sidrima), koji su takoreći neograničene trajnosti kakav je nerđajući čelik i da pri tom se za tu vezu poseduje odgovarajuci sertifikat. Naš Pravilnik za zidanje iz 1991. godine, a i DIN 1053, izričito nalaže upotrebu sidara od nerđajuće čelične žice 3 do 4mm, i to 5 komada na 1 kvadratni metar (sl.6).

Primena savremenih načina oslanjanja zidova od fasadne opeke konzolama od nerđajućeg čelika

Postoji mnoštvo mana tradicionalnog, to jest ustaljenog načina zidanja fasadnog zida i njihovog oslanjanja na betonske konzole. Kada se fasadni zid prihvata betonskim ispustima (betonskim zubom) javlja se problem toplotnog mosta, i većih gubitaka energije, a kao propratna pojava može da se javi kondenzacija i buđanje na unutrašnjoj strani zida. Takođe, postojanje vidnih venaca na fasadi smeta oku arhitekata i ograničava izražajne slobode projektanata.

Umesto betonskog ispusta – konzole postoje savemena rešenja da se opeka prihvata konzolama od nerđajućeg čelika da bi se eliminisali svi toplotni gubici, a da bi se sa druge strane dobio zavidan arhitektonski efekat da se na fasadi pojavljuje celovito „zidno platno“. Postoji više tipova konzola od nerđajućeg čelika:

1) konzole koje se ugrađuju suvim postupkom: cel. trn Ø10-20mm se ankeruje u prethodno izbušenu rupu 2mm širu u arm-bet. gredi – serklažu – nadprozorniku uz pomoć dvokomponentne injekcione mase (sl.7).
2) konzole koje se ugrađuju mokrim postupkom: štemovanje rupe u zidu od blokova, sa ubetoniravanjem konzole. Loša strana je manja preciznost kasnije kod zidanja fasadnog zida
3) najsavremeniji i najlakši način je montažni postupak. Ostavljaju se kanalice C profila usidrene u noseći zid tj. gredu. Kasnije se na te profile šrafe konzole (sl.8).

Na slikama br. 9 i 10 dati su tipični detalji načina rešavanja oslanjanja obložnih zidova od fasadne silikatne, a i druge opeke kada se primenjuje sendvič sistem sa izolacijom i vazdušnim ventilisanim slojem. Pravilo je da bi debljina tog vazdušnog sloja trebala biti min. 4cm da bi se efekat isušivanja kvalitetno ostvario. S druge strane ovakav sistem se računa za optimalan jer se izbegava kondenz u sloju termoizolacije, rastvaranje soli iz opeke i „cvetanje“ fasade.

Opisi fotografija iznad: Sl. 9 - Detalj nošenja fasadnog zida: 1. betonski zid; 2. termoizolacija; 3. ventilirani vazdušni sloj; 4. fasadna opeka; 5. sidro od nerđajućeg čelika; 6. konzola od nerđajućeg čelika; 7. dilatacija – zaptiveno elast. gitom; sl. 10 - Detalj natprozornika – fasadna opeka na „ravan svod“: 1.noseći zid; 2. termoizolacija; 3. ventilirani vazdušni sloj; 4. fasadna opeka; 5. sidro od nerđajućeg čelika; 6. konzola od nerđajućeg čelika; 7. uzengija od nerđajućeg čelika; 8. armatura

Za primenu konzola od nerđajućeg čelika potrebno je dobro poznavanje specijaliste za ovu oblast; svaka vrsta konzole mora biti ispitana i atestirana, a nosivost se ograničava na faktor sigurnosti minimalno 3; mora da postoji sertrifikat za materijal, primenjen način zavarivanja i spojne elemente. Za svaku primenu ovog sistema odnosno za konkretan objekat se radi projekat ankernog sistema.

U novije vreme se razvijaju i kombinovana rešenja oslanjanja fasadne opeke. Princip je da se za oslanjanje obložnog zida od fasadne opeke primeni primarno betonski ispust - konzola ali skraćena tako da ne doseže završnu fasadnu ravan već se betonska konzola „produži“ dodatnim nosačem od nerđajućeg čelika. Na ovaj način se postiže mogucnost da na delu betonske konzole prekine toplotni most umetanjem tanjeg izolacionog sloja između betona i opeke i ugradi opeka u zoni betonskog ispusta i na taj način postiže estetski efekat neprekinute fasadne ravni. Pri tom se princip izrade horizontalne fuge ispod kombinovane konzole mora dosledno poštovati. Naravno, za horizontalnu krutost se i ovde primenjuju žicana sidra od nerđajućeg čelika.

Prednost ovog rešenja je pre svega u jednostavnijoj ugradnji, manje je osetljivo na ugradnju tiplova i konzola jer glavninu opterećenja prima betonski ispust. Iznad svega ovo je rešenje i jeftinije i do 50% u odnosu na oslanjanje isključivo konzolama od nerđajućeg čelika. Iako se ne može reći za ovaj sistem osanjanja da je jeftin, on spada u najsavremenija rešenja fasadnih obloga u savremenoj arhitekturi.

LITERATURA:

• Šilhard V. Suvremeno građenje, Društvo gradevinskih inženjera Zagreb, Zagreb 1988.
• Radosavljevic. Ž. Armirani beton, Građevinska knjiga, Beograd 1977.
• DIN 1053, Abschn 5.2.2, Abschn 5.2.1.