פרק שני

וזאת תורת התקרות

פתיח

2.1        חשיבותם של מבנים בחיינו איננה מוטלת בספק. אנו נכנסים למבנים, שוהים בהם, ועושים בהם פעילויות שונות, מתוך אמונה עמוקה שלא טמונה בהם סכנה כלשהי לחיינו או לבריאותנו, ותוך שאנו יוצאים מהנחה, שמבחינתנו היא הנחה שכמעט איננה ניתנת לסתירה, שהמבנה הרלוונטי יציב. ברור איפוא מאליו כי יש להבטיח שיהיה בסיס במציאות לאמונה והנחה אלו.

דוח ביניים זה עוסק בשיטה של בניית תקרות הידועה כשיטת הפל-קל. סברנו שלא ניתן יהיה להבין כהלכה את הבעיתיות שבה עוסק דוח ביניים זה אלא אם יינתן תיאור והסבר, ולו פשוט (להבדיל מפירוט מדעי), על תורת בניית תקרות בבנינים, ובכלל זה על התכנון, הביצוע והחומרים שלהן.

תכנון תקרות: עקרונות

2.2        תקרה היא בדרך כלל משטח אופקי שנועד לחפות על החלל שמתחתיו, ובמקרים רבים משמשת היא אף כרצפה לחלל שמעליה. רוב הרצפות אינן מוצבות על גבי הקרקע אלא "מרחפות" דרך קבע מעליה ובמקביל לה. קיבוע טבלת התקרה-רצפה (שתיקרא להלן תקרה) במצב כזה, מחייב נקיטת אמצעים מתאימים שיגברו על כוח הכבידה ועל כוחות אחרים הפועלים על התקרה. אמצעים אלו כוללים שימוש בשיטות תכנון וביצוע הולמות ובחומרים מתאימים, שיאפשרו לתקרה "לרחף" לבטח  תוך כדי תפקוד מלא, תקין ואמין לאורך זמן.

החומרים הנפוצים ביותר לבנייה של תקרות הם בטון ופלדה. מחומרים אלו מרכיבים את מה שמכונה "בטון מזוין", שאיננו אלא מסה של בטון ובתוכה מוטות פלדה בקוטר של כ-8 עד 25 מ"מ ("פלדת הזיון" או בלשון העממית "ברזל"). התקן הישראלי החל על תקרות בטון, לרבות בטון מזוין, הוא ת"י 466 הקרוי "חוקת הבטון" (להלן ת"י 466).

תפקוד תקין של תקרה יתאפשר רק אם היא תהיה מסוגלת לשאת הן את משקלה העצמי והן משקל נוסף המוטל עליה, שהוא פועל יוצא של השימושים הנעשים בתקרה, תוך התחשבות בכוחות שונים העשויים לפעול עליה. על התקרה לעמוד בעומסים סביבתיים, כגון רוח ורעידת אדמה, ובעומסי כבידה משקלה העצמי, לרבות הריצוף, משקלם של בני האדם המהלכים (או עושים פעילות אחרת כגון ריקודים) עליה, ומשקלם של חפצים מסוגים שונים המוצבים עליה, ובהם רהיטים, ספריות, מכונות, סחורות וכל חפץ אחר, הכל כנובע מהשימוש שנעשה במקום. כל הכוחות והמשקלים האלה מכונים בלשון המקצועית "עומסים".

ברור שכל תכנון של מבנה צריך להתאים לעומסים שעל המבנה לעמוד בהם. נוכח היסוד הבטיחותי החשוב שבכל תכנון כזה, נקבעו לענין זה תקנים מחייבים. על פי תורת התקנים, יש לתכנן ולבצע מבנים כך שיעמדו על תילם ולא יסכנו את יושביהם, אף כאשר יופעל עליהם עומס מקסימלי חריג שעשוי לפעול על המבנה במהלך שנותיו (בדרך כלל מתכננים מבנים ל50 שנים). נוכח זאת ונוכח אי ודאויות שונות, נקבע הצורך לקחת בחשבון מקדמי בטיחות כנדרש בתקנים.

העומס שתקרה יכולה לעמוד בו, קרוי בלשון המקצועית "תסבולת". העומס לפני הוספת מקדמי הבטיחות, הכולל רק את המשקל העצמי של התקרה ואת העומס העשוי לפעול עליה כפועל יוצא של השימוש בה (רהיטים, ריקוד וכיוצא בזה), קרוי בלשון המקצועית "עומס אופייני". העומס הנובע מהשימושים שנעשים, שאינו כולל את המשקל העצמי של התקרה ואת העומסים הקבועים המופעלים עליה (כגון ריצוף ומחיצות), מכונה "עומס שימושי". מצב הכוחות הפנימיים בתקרה הנגרמים מהפעלת עומס קרוי "הטרחה".

2.3   כאמור לעיל, התקרה איננה מונחת על הקרקע. נהפוך הוא, היא "מרחפת". כדי להישאר במצב כזה מבלי ליפול ארצה, היא נדרשת ל"משענת". עמודים אנכיים, קורות אופקיות, קירות נושאים, או שילוב שלהם, הם "המשענת" של תקרה טיפוסית, ואליהם מחוברים החלקים האופקיים של הבנין (תקרות). כל אלה יחד מכונים "שלד הבנין". האזורים שבהם מחוברים החלקים האופקיים לחלקי השלד האחרים מכונים "אזורי ההשענה", ומקום החיבור נקרא "נקודת ההשענה". תיאור סכמטי של הדרך בה מחפה התקרה על החלל שמתחתיה, מוצגת בציור 1.

 

 

 

 

 

 

 

 


 

ציור 1: תאור סכמתי של תקרה/רצפה ונקודות ההשענה

 

עומסים המופעלים על תקרה גורמים לשקיעה קלה ולקעירות של האזור המרוחק מנקודות ההשענה, בעיקר בחלק המרכזי שביניהן ("מרכז השדה"). לעומת זאת, עיגון נאות של התקרה לנקודות ההשענה מונע מצב של תזוזת התקרה שמעל נקודות ההשענה. במרבית המקרים מתאפיין האזור הסמוך לנקודות ההשענה בקמירות (ראו ציור 2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

ציור 2: תאור סכמטי של תקרה ונקודות ההשענה לפני הפעלת עומסים (למעלה) והשקיעות ועיוות הצורה בתקרה בהשפעת העומסים (למטה)

 2.4   "כשל" הוא סטייה מהתפקוד המתוכנן. התמוטטות היא מקרה פרטי, חמור וקיצוני, של כשל. תכנון ראוי של תקרה חותר למצב שבו היא תתפקד כראוי (תהיה נוחה לשימוש) ולא תיכשל. עם זאת, תכנון ראוי דורש גם שאף אם התקרה תיכשל, לא יהיה בכך כדי לסכן חיי אדם (דהיינו, לא תיגרם התמוטטות פתאומית, והתמוטטות בשרשרת - על אחת כמה וכמה). מטרות אלו מושגות, בין השאר, על-ידי הבאה בחשבון של מספר תנאים ועקרונות, שהעיקריים שבהם הם אלה:

 2.4.1           תכן לעומס הצפוי: כדי שהתקרה לא תתמוטט עקב העומס שהיא נושאת, יש צורך שכושרה לשאת בעומס המתוכנן ("תסבולת") יהיה גדול מההטרחה הצפויה כתוצאה מהעומסים הפועלים בעת השימוש בפועל. העומסים שיש להתחשב בהם בתכן מבנים קבועים בתקנים. הקפדה על תכן המיישם את העקרונות והכללים שבתקנים תביא לכך שהתקרה תהיה יציבה ולא תתמוטט גם בעומסים הגדולים במידה רבה מהעומסים האופייניים, זאת בשל מקדמי בטיחות שהתקנים מחייבים להביאם בחשבון.

2.4.2            מניעת כשל פתאומי: חרף כל אמצעי הזהירות הננקטים בתכנון ובביצוע, יש וקורים כשלים במבנה שנבנה. כשלים אלו יכולים לגרום להתמוטטות. תכנון ראוי צריך למנוע מצב שבו התמוטטות התקרה תהיה פתאומית, שכן מצב כזה אינו מותיר זמן לנקיטת צעדים להצלת אדם ואולי גם לתיקון המבנה. הופעת סימני אזהרה בולטים וגלויים לעין (בעיקר שקיעות וסדקים) זמן מספיק לפני התמוטטות, היא איפוא חיונית. תכנון טוב יבטיח שכך יהיה.

2.4.3            מניעת כשל בשרשרת: תכנון ראוי חותר גם לכך שאפילו אם תהיה התמוטטות של מרכיבי התקרה במיקום מסוים, היא תהיה נקודתית ולא תגרום לשרשרת של כשלים או התמוטטויות בחלקים אחרים של הבנין ובתקרות בקומות נוספות.

התמוטטות של תקרה כתוצאה מ"כשל גזירה" (שמשמעותו תוסבר בהמשך) היא דוגמא למצב שבו נפילת תקרה מפעילה על אזור הנפילה כוח היכול לגרום לעומסים בלתי מתוכננים, ואלו מצדם יכולים לגרום להתמוטטות תקרה נוספת וחוזר חלילה. 

2.4.4            תכן לעומסים דינמיים: העומסים השימושיים הפועלים על תקרה (כגון: ריקודים, התעמלות אירובית ומכונות רוטטות) עלולים לגרום לרעידה של התקרה. רעידה זו ממשיכה גם לאחר שהפעלת הכוח נפסקת. את הרעידה נוהגים למדוד על פי מספר התנודות בשניה. כל גוף מתאפיין במספר קבוע של תנודות כאלו ביחידת זמן, ללא קשר לעוצמת הכוח המופעלת עליו ("תדירות עצמית"). כאשר מופעל על גוף נייח כוח שעוצמתו או כיוונו משתנים לאורך זמן ("כוח דינמי") הדבר גורם לרעידה של אותו גוף.

אם יופעל על תקרה כוח חיצוני דינמי שתדירותו דומה לתדירות העצמית של התקרה, "תשתלב" רעידה נוספת זו ברעידה המקורית של התקרה, ותגרום להגברת עוצמתן של הרעידות (התופעה של הגברת הרעידות בדרך זו קרויה "תהודה") והן יכולות להגיע לעוצמה שתערער את יציבותה של התקרה, עד כדי התמוטטותה.

תכנון ראוי של תקרה חותר לכך שהתדירות העצמית שלה (התלויה בעיקר בקשיחות ובמסה של התקרה), תהיה גבוהה בהרבה מהתדירות "המיובאת" שמקורה בפעילות הנעשית על התקרה. השוני בתדירות נועד כאמור למנוע מצבים שבהם "תשתלב" התדירות המיובאת בתדירות העצמית, דבר שיכול לגרום לתהודה העלולה כאמור להביא להתמוטטות התקרה.

2.4.5          מניעת שקיעות: שקיעות גדולות הנגרמות מעומסים יכולות ליצור אי נוחות תפקודית ופגיעה באלמנטים לא קונסטרוקטיביים, כגון מחיצות וקירות בנויים. כיוון שכך, מכתיבים התקנים הרלוונטיים את גודל השקיעות המותרות. תכנון טוב יחתור לכך שהשקיעות שייגרמו כתוצאה מהעומס לא יעלו על המוכתב בתקנים. להשלמת התמונה נאמר שלפי התקן אסור שגודל השקיעה יהיה גדול ממספר מילימטרים בתקרות במפתחים קטנים, וממספר סנטימטרים בתקרות במפתחים גדולים (מפתח הוא המרחק שבין נקודות ההשענה).

2.5          כאשר פועלים על תקרה עמסי כבידה, נוצרות הטרחות באזורים השונים של השדה. ההטרחות במרכז השדה שונות מאלה שבאזורי ההשענה. נסביר את ההבדלים ואת תוצאותיהם והשלכותיהם:

2.5.1        כפיפה במרכז השדה: החלק התחתון והחלק העליון של התקרה מתנהגים באופן שונה זה מזה. במרכז השדה החלק העליון נתון בלחיצה מהצדדים, ההולכת וגוברת ככל שמתקרבים לסביבת אמצע המפתח. לעומת זאת, החלק התחתון נתון במתיחה. נקל להבין זאת אם נדמה את המצב לשני קפיצים הממוקמים אופקית זה על גבי זה. כתוצאה מהפעלת עומס אנכי במצב כזה, הקפיץ העליון נלחץ ומתקצר בעוד הקפיץ התחתון נמתח ומתארך.

2.5.2         כפיפה באזור ההשענה: באזור ההשענה מתהפך המצב: החלק העליון של התקרה נתון במתיחה ואילו החלק התחתון שלה נתון בלחיצה.

2.5.3         גזירה: גזירה מתרחשת בעיקר באזור ההשענה. באזור זה הלחיצה והמתיחה מתרחשים בקו אלכסוני. לצורך חישובים הנדסיים נוח לעתים להסתכל על תופעת הגזירה כהפעלה של כוח היוצר חיכוך (תנועה בכיוונים מנוגדים) בין שני משטחים אנכיים ("גזירה אנכית"), או לחילופין חיכוך כזה בין שני משטחים אופקיים ("גזירה אופקית" או "דחייה").

2.5.4         גזירה-כפיפה: באזור ההשענה יכולה להיווצר פעולה שיש בה שילוב של המצבים שתוארו בסעיפים 2.5.2 ו-2.5.3.

2.6            כאשר ההטרחות למתיחה אינן עולות על יכולת החומר לשאת אותן, התופעות של כפיפה וגזירה אינן גורמות לסדיקה שלו. כאשר ההטרחות עולות על יכולת החומר לשאתן, נוצרים סדקים. אם נחזור לדימוי הקפיצים שהשתמשנו בו לעיל, הרי כאשר החומר של הקפיץ הנמצא במתיחה אינו יכול עוד לשאת אותה, הקפיץ נקרע.

נתאר את סוגי הסדקים השונים בהתייחס למצבי ההטרחה שתוארו בסעיף 2.5 לעיל:

2.6.1        סדק כפיפה במרכז השדה: סדק אנכי העובר לכל עוביה של התקרה באזור מרכז השדה, שתחילתו בתחתית התקרה, והמשכו בהתקדמות כלפי מעלה, עד שהתקרה מופרדת לשני חלקים (ראו ציור 3).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

ציור 3: תאור סכמטי של כשל כפיפה במרכז המפתח וכשל בגזירה ליד נקודת ההשענה, העלולים להתהוות בתקרה העשויה מחומר הומוגני

 

 2.6.2        סדק כפיפה באזורי ההשענה: סדק אנכי העובר לכל עוביה של התקרה מעל נקודות ההשענה. תחילתו בפנים העליונות של התקרה והמשכו בהתקדמות כלפי מטה.

2.6.3        סדק בגזירה: סדק אלכסוני החוצה באלכסון את התקרה לכל עוביה באזור ההשענה, וגורם להיפרדותה לשני חלקים בסמוך לעמודים, לקירות נושאים ולקורות (ראו ציור 3).

2.6.4       סדק דחייה: סדק אופקי המופיע בדרך כלל באזורי ההשענה וגורם להיפרדות של חלקי תקרה שונים המונחים זה על גבי זה.

2.7         סדקים המתפתחים בתקרה העשויה מחומר הומוגני אחד, כגון תקרה היפותטית העשויה מבטון בלבד (שאין בו פלדת זיון) יביאו להתמוטטותה לאחר שיעברו את כל עובי התקרה. התמוטטות זו תהיה פתאומית, ללא סימני אזהרה מוקדמים. בלשון המקצועית נקרא הדבר "כשל פריך". ניתן לדמותו לכלי זכוכית הנשבר באופן פתאומי. אם הדבר קרה עקב סדק כפיפה, תיקרא ההתמוטטות "כשל בכפיפה". אם הדבר קרה עקב סדק גזירה, תיקרא ההתמוטטות "כשל בגזירה".

שילוב חומרים

2.8         תכנון ראוי, החותר ליצירת תקרה יציבה ובטוחה המשוחררת מסדקים מסוכנים, מחייב שימוש בחומרים או בשילוב של חומרים שיש להם, בין שאר תכונות, גם שתי תכונות עיקריות אלו:

2.8.1      חוזק מספיק ללחיצה ולמתיחה כדי לשאת בעומסים.

2.8.2      יכולת "להימתח" מעבר לגבול האלסטי מבלי "להיקרע" או להישבר. יכולת זו קרויה "משיכות". אלסטיות היא תכונת החומר לחזור למצבו הקודם לאחר שחרור העומס שהופעל עליו וגרם למתיחתו. "הגבול האלסטי" הוא הנקודה שכאשר החומר נמתח מעבר לה הוא לא יחזור לקדמותו אפילו לאחר שחרור העומס.

חשיבותו של החוזק ברורה מעצמה. חשיבותה של ה"משיכות" היא ביכולתה לגרום לכך (בדרך שתפורט בהמשך) שתהליך המסכן את יציבות התקרה, יתגלה ויזואלית עוד קודם להתמוטטות, כך שההתמוטטות לא תהיה פתאומית. האינדיקציה הויזואלית לקיומו של תהליך מסוכן היא בבחינת התראה חשובה המסבה את תשומת הלב אליו, דבר המאפשר לנקוט בצעדים שמטרתם הצלת חיים ואולי גם שיקום המבנה.

2.9        כיצד מושגות בתקרות תכונות אלה של חוזק ומשיכות? הבטון  מתאפיין בין השאר בעמידות טובה בכוחות הלחיצה המתוארים לעיל. דא עקא שיכולתו לקבל כוחות מתיחה המתהווים בשעת כפיפת התקרה, מבלי להתבקע, הינה קטנה ביותר. הבטון חלש גם בגזירה. הפלדה לעומת זאת ניחנה ביכולת "משיכות", ובעמידות מצוינת לכוחות המתיחה המופעלים בתקרה.

הבטון המזוין, דהיינו בטון שבתוכו משולבים מוטות פלדה, משלב את תכונות הבטון והפלדה והוא נמצא איפוא  אידיאלי למתן מענה לכוחות המופעלים על תקרה (ראו ציור 4).

  

 

 

 

 

 

 

 

 


 

ציור 4: תאור סכמטי של שילוב של מוטות פלדה בבטון בתקרה מבטון מזוין

 

עוד יש לציין שבבטון מזוין העשוי לפי הכללים המקצועיים המקובלים, מוגנת הפלדה מפני קורוזיה (החלדה), זאת משום שהפלדה עטופה מכל עבריה בבטון. בבנייה בבטון מזוין קונבנציונאלי ניתנת איפוא הגנה לפלדה מפני קורוזיה, ללא צורך בהשקעות נוספות, זאת לעומת המצב במבנה העשוי מפלדה חשופה. הצורך בהגנה מפני קורוזיה הוא ברור: קורוזיה פוגעת בפלדה ומפחיתה את יכולתה לשאת בכוחות מתיחה, ובכך עלולה להיפגע יציבות התקרה.

שילוב זה של בטון ופלדה מתאפשר בין היתר גם משום שמקדם ההתפשטות עקב שינויי טמפרטורה זהה בשני חומרים אלו, דבר המונע השפעות בלתי רצויות שהיו קיימות אילו מקדמי ההתפשטות לשינויי טמפרטורה היו שונים.      

ההתאמה המושלמת של שני חומרים אלו (ככל שהדבר נוגע להיבטים האמורים) גרמה לבחירת הבטון המזוין כאחד ממרכיבי הבנייה הנפוצים ביותר בישראל ובעולם.

2.10             הבטון המזוין מונע כשלים באופנים אלה:

2.10.1          מניעת "כשל כפיפה" במרכז התקרה: כאשר באזור תחתית התקרה משולבים מוטות פלדה אופקיים והבטון במרכז התקרה מתחיל להיסדק, נכנסים מוטות הפלדה לפעולה: הם מגשרים על הסדקים, מצמצמים את התפתחותם ומקבלים על עצמם את כל כוחות המתיחה. בכך הם מונעים את כשל התקרה בכפיפה. ראו ציור 5.

 

 

 

 

 

 

 

 


 

ציור 5: תאור סכמטי של הכשל באזור הכפיפה במרכז המפתח של תקרה מבטון מזוין

בניין כזו מבטיחה שגם אם התקרה תועמס בצורה קיצונית, אפילו הרבה מעבר לעומסים המתוכננים, עדיין לא תתרחש התמוטטות מיידית. במצב כזה ההטרחה על מוטות הזיון תגרום להם לצאת מהגבול האלסטי של הפלדה (תופעה הקרויה "כניעה") ואזי  ניתן יהיה להבחין בגידול בסדיקה בתחתית התקרה ובגידול ניכר בשקיעות. תהליכים אלה יקדימו את ההתמוטטות והם משמשים, כפי שכבר אמרנו, אותות אזהרה לפני שמתרחש אסון. התנהגות מסוג זה, אשר בה מקדימים סימני האזהרה האמורים את ההתמוטטות, היא ביטוי לתכונת "המשיכות" של הפלדה שעליה דיברנו לעיל.

2.10.2          מניעת "כשל בגזירה" באזור ההשענה: כבר אמרנו כי בדומה ליכולתו המוגבלת של הבטון לעמוד במאמצי מתיחה, כך הוא גם מוגבל ביכולתו לעמוד במאמצי גזירה. האזור הקרוב ל"נקודות ההשענה" (מסביב לעמודים או בקרבת קירות נושאים) הוא אזור רגיש ופגיע לכשל בגזירה (במיוחד בתקרת "צלעות" שמהותה תוסבר בהמשך). כדי למנוע כשל כזה, ומאותן סיבות שפורטו לעיל לגבי כשל כפיפה, משלבים בבטון הנמצא באזורים אלו, בעיקר בתקרת צלעות, מוטות פלדה אנכיים או אלכסוניים. פעולה כזו מונעת מצב של כשל פריך בגזירה. שילוב מוטות הפלדה הללו לא יהיה מושלם אם הם לא יעוגנו באופן שימנע את שליפתם מהמקום שבו הוצבו. פירוט בדבר אופן העיגון הנאות יובא בסעיף 2.13 להלן. תכנון נכון של תקרה מבטון מזוין הוא כזה שאם בשל גורמים בלתי צפויים יתרחש כשל, הוא יהיה כשל בכפיפה, שהוא משיך באופיו, ויקדים כשל בגזירה, שהוא פריך באופיו.

 

תקרת צלעות

2.11             תקרת בטון יכולה להיות מקשית, היינו עשויה כולה ממשטח בטון מלא ורציף, ואולם היא יכולה גם להיבנות מרצועות בטון (הקרויות "צלעות") שביניהן יש מרווחים נעדרי בטון, ומעליהם שכבה של בטון (קרום עליון). ריכוז הבטון בצלעות מאפשר כיסוי מפתחים גדולים ללא הגדלה בכמות (במשקל) הבטון.

בתקרת צלעות יש חסכון מסוים בבטון, וכנגד זה נדרשת השקעה רבה יותר בעבודה. תקרות מסוג זה תופסות מעמד של כבוד בנוף הבנייה בארץ, בין בבנייה למגורים בין בבנייה הציבורית, במיוחד במבני ציבור ובאולמות, שבהם המפתחים בין העמודים וקורות ההשענה הינם גדולים במיוחד.

כבר אמרנו שבאזור שבין נקודות ההשענה של תקרת בטון מזוין, מקבל הבטון בחלקה העליון של התקרה את מאמצי הלחיצה, בעוד שהפלדה הממוקמת בחלקה התחתון של התקרה מקבלת את מאמצי המתיחה. במצב כזה ניתן היה תיאורטית ליצור תקרת צלעות נעדרת בטון בחלקה התחתון. דא עקא שתיאוריה זו, אילו יושמה, הייתה יוצרת תקרה נעדרת קשר בין הקרום העליון המקבל את הלחיצה לבין מוטות הפלדה המתוחים בתחתית, נעדרת הגנה על מוטות הפלדה כנגד קורוזיה וללא צורה נאותה. לפיכך  פותחה שיטת תקרת הצלעות. בשיטה זו מתרכז הבטון בקרום העליון ובצלעות המונחות לכל משטח התקרה. תקרה כזו קרויה "תקרת צלעות" (ראו ציור 6א). בשיטה זו, במקום שהתקרה תהיה עשויה משטח בטון מלא, היא עשויה צלעות בטון מקבילות זו לזו, שביניהן יש חללים. החללים יכול שלא ימולאו כלל, ויכול שימולאו בחומר מילוי קל מן הבטון [בלוקי בטון חלולים, בלוקים קלים, פוליסטרן מוקצף ("קל-קר") או חומר אחר].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

ציור 6 א': תקרת צלעות בחתך "T"

2.12      התקרה הנפוצה ביותר שנבנתה בשיטה זו, עוד קודם לשימוש הנפוץ למדי שנעשה בשיטת הפל-קל, הייתה תקרת צלעות בחתך "T" הכוללת משטח בטון עליון הנמצא על גבי צלעות הבטון. בתחתית הצלעות משולבים מוטות פלדה אופקיים. כדי להבטיח את עמידות התקרה מפני "כשלי כפיפה" (ראו ציור 6א). גם במשטח הבטון העליון משולבים מוטות פלדה, בעיקר מעל אזורי ההשענה. נוסף לכך משולבים בצלעות באזורי ההשענה מוטות פלדה אנכיים, והם מעוגנים במוטות הפלדה שבתחתית הצלע וחובקים אותם. כאמור, תפקיד זיון אנכי זה הוא להבטיח את עמידות התקרה מפני "כשלי גזירה" שהם פתאומיים באופיים, בכך שהוא מקבל על עצמו את תוספת מאמצי הגזירה בצלעות מעבר לתסבולת הבטון לגזירה.

לצד התקרות בחתך "T" היו מוכרות, גם בטרם באה לעולם שיטת הפל-קל, תקרות בחתך "I". השוני העיקרי ביניהן  הוא שבחתך  I קיימת תוספת של משטח בטון בתחתית התקרה (ראו ציור 6ב).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

ציור 6 ב': תקרת צלעות בחתך "I"

את הצלעות ניתן לבנות בצורה חד-כיוונית או דו-כיוונית. צורה אחרונה זו קרויה "תקרת ערוגות" (ראו ציור 6ג).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 ציור 6 ג': תקרת צלעות דו-כיוונית (תקרת ערוגות)

 

2.13             הזיון לגזירה נעשה על-ידי שילוב בבטון של מוטות אנכיים או אלכסוניים בדידים, או של רשתות מרותכות תעשייתיות.

בתקן הישראלי ת"י 466, הזיון לגזירה מתבטא בשזירה אנכית (או אלכסונית) של מוטות פלדה בצלעות, כשכל זיון אנכי מעוגן כהלכה בזיון האופקי התחתון, לבל יישלף מהבטון העוטף אותו עקב הכוחות הפועלים, או עקב מצבור תהליכים המתרחשים עם הזמן. בשיטה הקונבנציונאלית נעשה העיגון על-ידי כיפוף תחתית הזיון האנכי אל מתחת למוטות הזיון האופקי התחתון, וכיפוף חלקו העליון של הזיון האנכי מעל למוטות הזיון האופקי העליון. המוטות האנכיים ביחד עם הווים האופקיים שלהם יוצרים צורת חישוקים, ומכאן שמם. גם כאשר משתמשים ברשתות מרותכות כזיון לגזירה (שיטה שאינה מצויה בת"י 466), העיגון הכרחי, והוא פועל כהלכה אם המוט האופקי התחתון של הרשת מצוי במפלס התחתון של הצלע, מתחת למוטות האופקיים המשמשים כזיון לכפיפה. דרישה מפורשת כזו מופיעה למשל בתקן האמריקאי לבטון. עד מאי 1996 חייב התקן הישראלי שילוב מוטות פלדה כאמור (זיון לגזירה) בתקרת צלעות רק קרוב לאזורי ההשענה, ואולם מאז תיקונו בחודש מאי 1996 מחייב התקן שילוב כזה בכל השטח של תקרת צלעות.

נראה שלא ניתן לקרוא תיגר על עקרון השזירה של מוטות פלדה בבטון (כזיון לגזירה) כמתואר לעיל, בלי לסכן את יציבות המבנה. התקרות המקשיות (היצוקות משטח בטון מלא) ותקרות הצלעות למיניהן הוכיחו את יעילותן במשך דורות בעולם כולו. התכנון והביצוע שלהן מפורטים, למיטב ידיעתנו, פרוט מלא בתקנים רלוונטיים בכל ארץ מפותחת. גם בת"י 466, הקיים עשרות שנים, הקרוי "חוקת הבטון", באים לידי ביטוי העקרונות שפורטו לעיל.

2.14      את כל הדברים הללו אנו מבקשים לסייג בהבהרה אחת: יש מצבים שבהם חישובים סטטיים מראים שזיון אנכי בצלעות אינו נחוץ, משום שהבטון עצמו יכול לעמוד במאמצי הגזירה המתוכננים גם ללא זיון כזה. אלו הם מצבים שבהם ערך התכן של המאמץ לגזירה קטן מ-td1 (td1 מבטא את חוזק התכן המקסימלי של הבטון לגזירה, בהעדר זיון לגזירה). כדי לתת לקורא מושג מה הם בדרך כלל אותם מצבים שבהם הבטון לבדו יכול לעמוד במאמצי הגזירה, נביא את המקרים השכיחים. אחד מהם הוא מצב שבו העומסים הם נמוכים, למשל בתי מגורים בעלי מפתחים קטנים של עד כארבעה מטרים. דוגמה אחרת היא מקום שבו מותקנות צלעות רחבות מאוד באזורי ההשענה. יתכנו גם מקרים אחרים.

יש קובעי נורמות בעולם, שלא ראו צורך בהוספת שולי ביטחון במקרים אלה, ולכן הם אינם מחייבים התקנת זיון אנכי, במקום שהחישוב מראה שאין צורך בכך בעומסים ובנתונים המובאים בחשבון. מדיניות זו נוהגת למשל בארה"ב ובקהילייה האירופית (יצוין שהתקנים שנבדקו על ידינו בארה"ב ובאירופה מתייחסים לתקרת צלעות בחתך T). לעומת זאת, התקן הישראלי חייב מאז ומתמיד זיון אנכי בצלעות באיזורי המומנטים השליליים (בדרך כלל סמוך לאזור ההשענה), וחובה זו הורחבה כאמור בשנת 1996 לכל אורך הצלעות. אנו מניחים שהדבר נעשה למשנה ביטחון. מי שקבע את נורמת התקינה בארץ העדיף שזיון אנכי מינימלי יותקן גם ב"מצב חישובי" שאינו נזקק לזיון כזה.

2.15       החריג שבו די בבטון כדי לעמוד במאמצי גזירה, אינו פוגע בגישה ההנדסית הבסיסית כפי שהובאה לעיל. הוגה שיטת הפל-קל, אלי רון, ראה בו אמנם "אסמכתא" לכך שאין צורך בזיון אנכי, אולם לא רק שמסקנה זו אינה נכונה, אלא שנראה לנו שלא נחטא לאמת אם נאמר שרוב המבנים שנבנו בשיטת הפל-קל (רובם המכריע על-ידי או בסיוע חברת פל-קל) אינם נכללים כלל ועיקר בחריג זה. הטעם הוא שהיתרון הדומיננטי של שיטת הפל-קל, כפי שהוצג בציבור, הוא ביכולת ליישם שיטה זו בתקרות במפתחים גדולים ובעומסים גבוהים, מקרים שעליהם בודאי לא חלים החריגים האמורים, ושבהם בודאי דרוש זיון לגזירה.

בדיקה אקראית שנערכה לבקשתנו בעשרים ושלושה מבנים שתקרותיהם נבנו בשיטת הפל-קל אכן מראה כי הערכים המחושבים בחלק ניכר של התקרות עלו על הערכים שבהם הבטון עצמו יכול לעמוד במאמץ הגזירה (היינו, עלו על td1). ריכוז ממצאי בדיקה זו מצוי בטבלה המצורפת כנספח ג לדוח זה. ועוד: אחד מעיקרי השיטה, כפי שהוצגו על-ידי הוגיה, הוא שערך התכן לתסבולת הבטון לגזירה בשיטת הפל-קל, גבוה בהרבה מהערך הקבוע  בת"י 466. הערך הקבוע בתקן נע בין 1.0 לבין  1.4 מגפ"ס (1014 ק"ג/סמ"ר) לבטון מסוג ב-30 (שהיה סוג הבטון במרבית תקרות הפל-קל), הכל בהתאם למרכיבים הרלוונטיים, בעוד ששיטת פל-קל מתעלמת מכך ומביאה בחשבון ערך 1.8 מגפ"ס (18 ק"ג/סמ"ר). בדרך זו מצטמצם במידה ניכרת מרווח הבטיחות לגזירה שנקבע בתקן הישראלי.

יתכן שהמבנים שבהם הצורך בזיון אנכי לגזירה נובע מזהירות המחוקק, להבדיל מצורך הנדסי, ושבהם לא נעשה זיון כזה, לא חטאו לתורה ההנדסית, ואולם הם חטאו בודאי באי ציות למצוות ת"י 466 שחייב גם במצבים אלו זיון אנכי מינימלי.

2.16     בין כך בין אחרת, שיטת הפל-קל קראה תיגר על העקרונות הללו, בכל הנוגע לצורך בזיון גזירה המעוגן כהלכה. שיטה זו (שבעצם היא מגוון שיטות עליהן נעמוד בהמשך, שיש לכולן מכנה משותף עיקרי אחד) סטתה מעקרונות אלו ומעקרונות אחרים שגם בהם נדון בהמשך. בחלק מהמקרים היא עשתה כן בלי לקרוא לילד בשמו, ותוך התיימרות שאין מדובר בסטייה כזו.

 

הנורמות החלות על תקרות מבטון מזוין

 

2.17  לפי חוק התכנון והבניה, התשכ"ה-1965, כל הקמה של בנין טעונה היתר בנייה, ועל ההיתר להיות בהתאם לתקנות שיתקין שר הפנים ולתכניות החלות על הנכס. התקנות שהותקנו לענין זה הן תקנות התכנון והבניה (בקשה להיתר, תנאיו ואגרות), התש"ל-1970 (להלן תקנות בקשה להיתר). בתוספת השניה לתקנות אלה (להלן התוספת השניה) מפורטות דרישות טכניות החלות על מי שמתכנן ומקים בנין.

כבר הזכרנו לעיל (סעיף 2.2) את חוקת הבטון המגובשת בת"י 466. סעיף 5.02 (ד) לתוספת השניה מחייב את השימוש בת"י 466 כל אימת ששלד בנין בנוי מבטון. בלשון הסעיף:

            "אם שלד הבנין בנוי מבטון לא מזוין, בטון מזוין, בטון דרוך ובטון טרום, הוא יתוכנן וייבנה בהתאם לתקן ישראלי ת"י 466".

בשל חשיבותם נביא כאן את הנוסח המלא של סעיפים 5.02 ו-5.03 לתוספת השניה, העוסקים בשלד בנין ובשיטת בנייתו, והמצויים בסימן ב' לתוספת השניה שכותרתו "שלד הבנין":

            "שלד בנין ומקדם בטחון

            5.02    (א)    כל בנין יהיה בעל שלד.

                      (ב)   שלד יתוכנן וייבנה באופן שתימנע פגיעה כלשהי במצבו התקין של הבנין, לרבות התהוות מצב                         גבולי.

                      (ג)   מילוי הוראות סעיף קטן (ב) יובטח באמצעות מקדם הבטחון שנקבע בתקן, ובאין תקן בחוות                         דעת של בעל הכשרה מקצועית מתאימה בענין הנידון שהוסמך לכך מטעם שר הפנים.

                      (ד)   אם שלד הבנין בנוי מבטון לא מזויין, בטון מזויין, בטון דרוך ובטון טרום, הוא יתוכנן וייבנה                         בהתאם לתקן ישראלי ת"י 466.

            שיטת בנייה

            5.03    שיטת בנייה תהא מבוססת על חישובים סטטיים ומבחנים הנדסיים ויתקיימו לגביה תנאים אלה:

                      (1) החישובים הסטטיים יוכיחו כי נעשה בהם ניתוח ברור על פעולת הכוחות המתהווים בשלד על-ידי                               העמסים ונתמלאו הדרישות הקונסטרוקטיביות לגבי השלד תוך מתן הדעת על תכונות חמרי הבנייה;

                      (2) קיים ניסיון הנדסי לגבי השיטה המוצעת; באין ניסיון כאמור, ימציא האחראי על ביצוע השלד חוות                              דעת של בעל הכשרה מקצועית מתאימה בענין הנדון שהסמיכו לכך שר הפנים, כי השיטה האמורה                               ראוייה לשימוש".

נעיר כאן כי בעוד שסעיף 5.02(ג) משתמש במונח "מקדם בטחון" הרי ת"י 466 משתמש במונח "מקדם בטיחות".

בהמשךאנו נלך בעקבות ת"י 466 בענין זה.

2.18        עינינו הרואות שבלי לגרוע מחובת הכפיפות לת"י 466 בבניית שלד מבטון, הרי ששיטת בנייה של שלד צריכה   להתבסס על חישובים סטטיים ומבחנים הנדסיים, וצריך שיהיה לגביה ניסיון הנדסי.

מתקין התקנות אינו מתעלם מכך שהתפתחות והתקדמות בחומרים ובידע יכולים "ליצור" שיטות חדשות, שמטבע הגדרתן     כחדשות, אינן ממלאות את התנאי של קיום ניסיון הנדסי, הוא גם איננו חשוד כמי שמבקש לבלום התפתחות שיש בה

תרומה חיובית של שיטות בנייה. עם זאת, מתקין התקנות ער לכך ששיטה שלא נוסתה ולא הוכיחה את עצמה בעבר, יכולה להיות נגועה בפגמים, ובעקבות כך להמיט אסון, הן על העוסקים בבנייה במהלך הבנייה והן על הדרים והמשתמשים האחרים במבנה לאחר הקמתו. כדי לאזן בין שני ההיבטים, היבט ההגנה על הציבור מפני השיטה הבלתי נודעת והיבט השאיפה שלא לבלום התפתחות שיטות חדשות מועילות ותורמות לכל, נמצא בדין הפתרון שבא לידי ביטוי בסעיף 5.03(2) הנ"ל. באין ניסיון קודם, כך נאמר שם, יש להמציא "חוות דעת של בעל הכשרה מקצועית מתאימה... שהסמיכו לכך שר הפנים, כי השיטה האמורה ראויה לשימוש".

אילו הוראות הדין הרלוונטיות לענייננו היו מצטמצמות לאמור בתקנות בקשה להיתר בלבד, לא ניתן היה לחרוג בשום נסיבות מהתקן שנקבע, ואולם ניתן היה לקבל אישור לשיטת בנייה חדשה. אולם מסתבר שההגיון שהנחה את מתקין התקנות בכל הנוגע לשיטות בנייה, הנחה באופן דומה גם את קובעי התקן בכל הנוגע לסטייה מהתקן. סעיף 1.3 לת"י 466 מאפשר חריגה מהנחיות התקן "בתנאי שאושרו על-ידי מי שהוסמך מטעם שר הפנים לבדוק שיטות תכן או שיטות ביצוע חריגות ולתת חוות דעת על כך".

התוצאה היא שבניית תקרות הבטון כפופה אמנם לתקן, ואולם התקן עצמו מתיר חריגה ממנו אם יינתן לכך אישור, הכל כקבוע בסעיף 1.3 לת"י 466.

מהבחינה המעשית כל הניתוח המשפטי הזה הוא, ככל שהדברים מתייחסים לעבר, ניתוח עקר, משום שהסיפא לסעיף 5.03(2) לתוספת השניה הייתה בבחינת הלכה (וביתר דיוק: דין) ואין מורין כן. משרד הפנים גורס כי נעשה בה שימוש פעם אחת ויחידה במשך כל שנות קיומה של הוראת דין זו. אחרים שהעידו בפנינו גרסו שלא נעשה בה שימוש כלשהו.

2.19      תחת זאת, התפתחה פרקטיקה שכל המעונינים ידעו עליה, וכל העוסקים במלאכה, כולל משרדי הממשלה (ובכלל זה משרד הבינוי והשיכון שעסק בעצמו בבנייה בהיקפים ניכרים), אימצו אותה. לפי פרקטיקה זו "בעל ההכשרה המקצועית המתאימה" שהכתוב (בסעיף 5.03) עוסק בו הוא המכון הלאומי לחקר הבנייה בטכניון (ובשמו הקודם התחנה לחקר הבנייה) (לעיל ולהלן המכון הלאומי).

במכתב מיום 24.2.2002, שהופנה אלינו על-ידי פרופ' רחל בקר מהמכון הלאומי, זאת במענה לפנייתנו לציבור להביא בפנינו כל חומר רלוונטי, היא מתארת את "ההשתלשלות ההיסטורית" שהביאה להכרת הכל בעובדה שהמכון הלאומי הוא הרשאי לאשר שיטות חדשות. פרופ' בקר מספרת כי מאז 1975 "הוכנו (על-ידי המכון) למעלה מ150 חוות דעת מלאות על שיטות בנייה חדישות, רכיבים וחומרי בנייה שעברו בהצלחה את תהליך הבדיקה. יחד עם זאת, ראוי להדגיש כי יותר  מ100 שיטות נפסלו סופית משום שיזמיהן לא הצליחו לפתור בהן בעיות יסודיות וליקויים מובנים".

בשל חשיבותם של התיאורים והעובדות המובאים במכתבה של פרופ' בקר, הוא מצורף כנספח ד לדוח זה.

2.20       במכתב האמור מובהר שההיבטים הנכללים בבדיקת המכון הלאומי הם: "בטיחות ושמישות קונסטרוקטיבית, בטיחות אש, בריאות ובטיחות המשתמש, איכות אויר הפנים, מניעת בעיות רטיבות, נוחות תרמית ושימור אנרגיה, נוחות אקוסטית, נוחות התפעול, קיום לטווח ארוך של הבנינים, אפשרות לתחזוקה וכדומה".

לא כל בקשת אישור שיטה נכנסת ישירות ל"טרקלין הבדיקה". קודם לכן נעשית בדיקה מקדימה, ורק העומד בה עובר לשלב של בדיקה כוללנית. "רק לאחר שהוכח כי כל פרטי השיטה... מבטיחים שבנינים שייבנו בה יתפקדו כהלכה בתנאי הארץ מכין הצוות דו"ח חוות דעת מפורט. הדו"ח כולל תיאור מפורט של כל פרטי השיטה ושרטוטים נילווים ברמת פירוט גבוהה, רשימה מפורטת של נקודות מיוחדות שיש להקפיד עליהן במהלך התכנון והביצוע, נקודות מיוחדות לבדיקה במהלך בקרת האיכות ואבטחתה, והסתייגויות לגבי יישומים מסוימים אם ישנן כאלה".

לא בכדי הבאנו בגוף דברינו קטעים אלה ממכתבה של פרופ' בקר, זאת בנוסף לצירופו כנספח לדוח זה. אי אפשר שלא להתרשם בחיוב מדרך טיפולו של המכון בבקשות אישור לשימוש בשיטות חדשות, והכל במגמה להוציא חוות דעת שלמה ככל האפשר בנושא חשוב זה, שהרי שיטה חדשה לא בדוקה הנכנסת לשימוש יכולה לגרום לקיפוח נפש.

2.21       ככל שהדברים נראים לנו עתה, יהיה עלינו להידרש בדוח הסופי לפרשת השיטות החדשות, שהוסדרה על דרך של מנהג שלא קיבל את עיגונו הפורמלי בדין. אולם בדוח ביניים זה אנו מצטמצמים לסיכוני שיטת הפל-קל, ובתת-פרק זה של הדוח אנו עוסקים בהיבט הנורמטיבי. לצורך המצומצם הזה נוכל לאמר, מבלי ששמענו שיש מי שחולק על כך, שלא ניתן לחרוג מת"י 466 בבניית תקרות בטון, זולת אם ניתן לחריגה זו אישור כדין, הכל בדרך שהוסברה לעיל. כפי שעוד יפורט, אישור לא ניתן לשיטת הפל-קל, לא במובנו הנורמטיבי המלא, גם לא "בריכוך המינהגי" שהיה מקובל, ושעל פיו די היה באישור שניתן על-ידי המכון הלאומי לחקר הבנייה.