Używamy cookies i podobnych technologii m.in. w celach: świadczenia usług, reklamy, statystyk. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień Twojej przeglądarki oznacza, że będą one umieszczane w Twoim urządzeniu końcowym. Pamiętaj, że zawsze możesz zmienić te ustawienia. Szczegóły znajdziesz w Polityce Prywatności.

Analiza przyczyn katastrofy budowlanej konstrukcji dachowej zespołu pałacowego w Gorzanowie

07.04.2017

Ocena stanu technicznego obiektu, zarejestrowane uszkodzenia oraz wyniki obliczeń numerycznych, na podstawie których określono główne przyczyny utraty stateczności konstrukcji.

Zabytkowe zespoły pałacowe są nieodzowną częścią krajobrazu Dolnego Śląska. Jednak ostatnie dziesięciolecia dla wielu z nich to czas powolnej degradacji oraz utraty swoich walorów artystycznych. Wynika to często z braku uregulowanych praw własnościowych oraz niejednokrotnie konieczności przeprowadzenia dużych prac modernizacyjnych w celu doprowadzenia ich do stanu użytkowania. Podobna sytuacja wystąpiła w przypadku zespołu pałacowego w Gorzanowie, gdzie ze względu na brak odpowiednich zabezpieczeń oraz niezbędnych prac modernizacyjnych doprowadzono do stanu katastrofy budowlanej. Częste zmiany właściciela omawianego obiektu oraz brak bieżących remontów spowodowały niejednokrotnie trwałe uszkodzenia elementów konstrukcyjnych.

Zespół pałacowy w Gorzanowie (woj. dolnośląskie) powstał w 1573 r., później był wielokrotnie modernizowany, a swoją obecną formę przyjął podczas ostatniego remontu w latach 1900-1906 (fot. 1). Obecnie pałac złożony jest z czterech skrzydeł otaczających wewnętrzny dziedziniec o powierzchni 250,0 m2 z głównym reprezentacyjnym korpusem od wschodu. Do skrzydeł pałacu od południa i północy przylegają boczne, nieregularne dziedzińce częściowo otoczone dodatkowymi skrzydłami, a od zachodu duży prostokątny dziedziniec zamknięty budynkami gospodarczymi [2, 3].

 

Fot. 1 Ogólny widok wieży i dziedzińca pałacowego: a) stan obecny, b) stan z okresu międzywojennego ubiegłego stulecia [5]

 

Po drugiej wojnie światowej pałac podzielił losy innych zabytków, zagospodarowano oficyny i pomieszczenia gospodarcze, a korpus główny został opuszczony. Zachowane obiekty pałacowo-parkowe niszczały, były dewastowane i rozkradane. W latach 90. XX w. gmina sprzedała je w ręce prywatne. Kolejni właściciele nie radzili sobie z ilością prac, jakie należałoby wykonać, by przywrócić świetność zabytku [1].

Obiekt zmienił właściciela w 2012 r. Obecnie w pałacu prowadzone są liczne prace zabezpieczające murarskie oraz dekarskie realizowane przez Fundację Pałac Gorzanów, co napawa optymizmem i pozwala sądzić, że się uda przywrócić dawną świetność pałacowi i całemu jego otoczeniu.

 

Fot. 2 Uszkodzenia krokwi w wyniku zawilgocenia oraz korozji biologicznej

 

Stan techniczny konstrukcji więźby dachowej

Przeprowadzone przez autorów prace inwentaryzacyjne pozwoliły określić główne uszkodzenia występujące w omawianej konstrukcji więźby, do których można zaliczyć:

- nadmierne zawilgocenie elementów konstrukcyjnych,

- korozję biologiczną,

- nadmierne odkształcenia elementów składowych więźby,

- uszkodzenia krokwi w strefach przypodporowych.

Za główną przyczynę większości zarejestrowanych uszkodzeń uważa się niekorzystne oddziaływanie wody na elementy konstrukcyjne. Spowodowane to było nieszczelnością dachu na styku krokwi koszowej z murem lukarny (fot. 2) oraz całkowitym brakiem (zniszczenie) dachu w centralnej części pałacu. Dodatkowo korozja biologiczna elementów drewnianych więźby (fot. 2 i 3) oraz nadmierne jej zawilgocenie spowodowały znaczne obciążenia poszczególnych elementów konstrukcyjnych.

Źle wykonane wykończenia na styku krokwi koszowych z murami lukarn spowodowały lokalne, ale intensywne oddziaływanie wody również na znajdujące się poniżej stropy drewniane. To oddziaływanie wskutek całkowitej degradacji stropu najwyższej kondygnacji przekazywane było na stropy kolejnych poziomów, powodując ich zniszczenie (fot. 4).

Dodatkowo drewniane elementy stropów oraz więźby dachowej wykazywały lokalne zniszczenia wywołane korozją biologiczną. Spowodowane to było długoletnią eksploatacją, brakiem odpowiednich warunków klimatycznych i konserwacji stropu, a także bezpośrednim oddziaływaniem wody. Największe uszkodzenia wystąpiły w strefach podparć elementów, np. oparcia belek stropowych na murach, a lokalnie również w innych strefach.

 

Fot. 3 Uszkodzenia wywołane zawilgoceniem oraz działaniem grzyba domowego białego

 

Opis katastrofy budowlanej

Prace remontowe omawianego pokrycia dachowego rozpoczęto w 2006 r. Jednak ze względu na problemy finansowe inwestora nie zostały one ukończone, a późniejsze zmiany własnościowe spowodowały, że prace te zostały przerwane bez prawidłowego zabezpieczenia pozostałej części remontowanego dachu (fot. 5a). Zimą 2011 r. nastąpiła katastrofa budowlana, wskutek której zawaleniu uległa konstrukcja więźby dachowej oraz niżej znajdujące się stropy trzeciej kondygnacji i drugiej w skrzydle wschodnim pałacu w Gorzanowie (fot. 5b i 6). Można założyć, że katastrofa budowlana spowodowana była następstwem rozwoju korozji biologicznej wywołanej znacznym zawilgoceniem konstrukcji więźby, złym stanem technicznym obiektu oraz źle przeprowadzonych prac remontowych pokrycia. Trzeba podkreślić, że pierwotnie pokrycie pałacu wykonane było z czerwonego gontu, a następnie dachówki kamiennej (łupka). Podczas prac remontowych obiektu dokonano jego wymiany na dachówkę ceramiczną. W trakcie tego remontu nie wzmocniono drewnianej konstrukcji więźby dachowej, w której ze względu na zły stan pokrycia występowała korozja biologiczna wywołana licznymi zawilgoceniami. Na tej podstawie założono, że obciążenie więźby przy równoczesnym obniżeniu parametrów mechanicznowytrzymałościowych konstrukcji pod wpływem rozwoju korozji biologicznej spowodowało zawalenie się tej części dachu.

 

Fot. 4 Uszkodzenia stropów kolejnych kondygnacji wywołane lokalnym oddziaływaniem wody: a) uszkodzenia stropu trzeciej kondygnacji, b) uszkodzenia stropu drugiej kondygnacji

 

Analiza przyczyn katastrofy budowlanej

Zarejestrowane uszkodzenia konstrukcji więźby dachowej potwierdzają pogląd, że zmiana parametrów wytrzymałościowych drewna wynikająca z procesów korozyjnych jest funkcją czasu, która w dłuższej perspektywie prowadzi do przekroczenia stanów granicznych - nośności i użytkowalności elementu lub całej konstrukcji. W związku z powyższym wykonano obliczenia numeryczne, których celem było jednoznaczne określenie przyczyn powstania zaistniałej katastrofy budowlanej.

Przeprowadzone prace badawcze pozwoliły wykonać inwentaryzację konstrukcji więźby dachowej, co posłużyło do budowy modelu numerycznego (rys. 1), oraz określić parametry fizykomechaniczne drewnianych elementów więźby dachowej na podstawie badań niszczących i nieniszczących. Znaczące dla analizy przedmiotowej więźby okazały się zarejestrowane zawilgocenia i zacieki pochodzące z nieszczelności pokrycia dachowego oraz brak sprawnego systemu odwadniania połaci dachu.

Zespół pałacowy poddany był licznym przebudowom i modernizacjom na przestrzeni wieków, co spowodowało, że poszczególne układy konstrukcyjne odbiegają od klasycznych rozwiązań. Przedmiotowa konstrukcja więźby dachowej cechuje się brakiem symetrii rozmieszczenia słupów, co mogło być związane z kolejnymi zmianami wyglądu gzymsu koronującego ścian szczytowych czy też lukarn. Konstrukcja więźby w strefie zaistniałej katastrofy została zamodelowana na podstawie dokumentacji archiwalnej oraz uwzględniając zastosowane rozwiązania konstrukcyjne w pozostałej części dachu.

 

Fot. 5 Remontowana część dachu pałacu: a) stan przed katastrofą, b) stan po katastrofie

 

Na podstawie przeprowadzonej inwentaryzacji przyjęto, że konstrukcja dachu składała się z:

- podwaliny o wymiarach 0,20x0,35 m (BL 20x35),

- płatew o wymiarach 0,18x0,20 m (BL 18x20),

- jętki o wymiarach 0,15x0,18 m (BL 15x18),

- słupów o wymiarach 0,15x0,15x4,2 m (SL 15x18),

- krokwi o wymiarach 0,14x0,16 m (KR 14x16).

Konstrukcja więźby dachowej oparta została na ścianach kolankowych oraz na drewnianej konstrukcji stropu najwyższej kondygnacji pałacu. W obliczeniach uwzględniono również występowania lukarn oraz innych rozwiązań. Przyjęty model konstrukcji został opracowany przy uwzględnieniu aktualnego stanu obiektu oraz elementów, które uległy zniszczeniu.

W obliczeniach przyjęto obciążenia stałe wynikające z ciężaru własnego konstrukcji i warstw wykończeniowych oraz obciążenia zmienne eksploatacyjne oraz klimatyczne. Klasę drewna przyjęto na podstawie przeprowadzonych badań jako C24.

Analiza wytrzymałościowa konstrukcji więźby dachowej wykonana została na podstawie normy PN-EN 1995-1:2005/1:2008 [4]. Weryfikacji poddano wszystkie elementy konstrukcji więźby z uwzględnieniem oddziaływania poszczególnych kombinacji obciążeń. Obliczenia zostały przeprowadzone w programie Autodesk Robot Structural Analysis.

 

Fot. 6 Zniszczenia w centralnej części budynku wywołane zawaleniem się dachu

 

Początkowo obliczenia przeprowadzono dla konstrukcji przed rozpoczęciem robót remontowych (etap I). W ten sposób określono elementy o największych wytężeniach (rys. 2), których lokalizacja pokrywa się równocześnie z miejscami występowania największych uszkodzeń i zawilgoceń (połączenie krokwi lukarny i płatwi). Uszkodzenia te spowodowane były przede wszystkim brakiem prawidłowych wykończeń dekarskich w tych miejscach oraz brakiem prawidłowego zabezpieczenia przed wpływami czynników atmosferycznych na drewniane elementy konstrukcyjne więźby dachowej. Występujące zawilgocenia przenoszone były także na elementy belkowe stropu najwyższej kondygnacji, na którym podparto konstrukcję więźby dachowej, powodując ich przegnicia w gniazdach. W związku z tym dalszą analizę ograniczono do elementów znajdujących się w okolicy lukarny, która uległa częściowemu zawaleniu, i przeprowadzono ją w kilku etapach uwzględniających różne aspekty:

- etap II - prowadzone prace remontowe połaci dachu, przez zmianę rozkładu obciążeń stałych;

- etap III - przegnicie dwóch belek stropu najwyższej kondygnacji w gniazdach po jednej stronie analizowanej lukarny, przez usunięcie ich podpór;

- etap IV - przegnicie czterech belek stropu najwyższej kondygnacji w gniazdach po obu stronach analizowanej lukarny, przez usunięcie ich podpór;

- etap V - przegnicie krokwi koszowej po jednej stronie analizowanej lukarny, przez usunięcie jej podpory;

- etap VI - przegnicie krokwi koszowej po obu stronach analizowanej lukarny, przez usunięcie ich podpór.

 

Rys. 1 Model numeryczny więźby dachowej skrzydła głównego

 

Przeprowadzone obliczenia pozwoliły określić wytężenia analizowanych elementów więźby dachowej, a uzyskane wyniki zestawiono w tablicy.

 

Tabl. Zestawienie wytężeń analizowanych elementów więźby dachowej

Nr pręta

Rodzaj

pręta

Profil

Wytężenie

Etap I

Etap II

Etap III

Etap IV

Etap V

Etap VI

549

płatew

BL18x20

0,08

0,30

0,31

0,31

0,99

1,92

550

płatew

BL18x20

0,10

0,36

0,47

0,47

1,11

2,34

553

płatew

BL18x20

0,13

0,82

0,69

0,70

0,97

1,38

554

płatew

BL18x20

0,17

0,88

0,71

0,71

0,69

1,19

806

krokiew

KR 14x16

0,05

0,23

0,20

0,20

0,63

1,13

808

krokiew

KR 14x16

0,08

0,41

0,36

0,36

0,92

1,16

809

krokiew

KR 14x16

0,03

0,17

0,13

0,13

0,46

0,78

821

krokiew

KR 14x16

0,04

0,34

0,17

0,17

0,34

0,67

822

krokiew

KR 14x16

0,08

0,47

0,28

0,28

0,71

1,31

824

krokiew

KR 14x16

0,08

0,24

0,29

0,29

0,29

0,58

 

Na podstawie uzyskanych wyników obliczeń można stwierdzić, że zwiększenie obciążenia pochodzącego od nowego pokrycia dachowego (etap II) faktycznie spowodowało zmiany w nośności analizowanych prętów. Niemniej jednak wytężenie zarówno
elementów płatwi, jak i wybranych krokwi nie przekroczyło wartości normowych.

Zniszczenie gniazd belek stropowych (etap III i IV) nie spowodowało przekroczenia stanu granicznego nośności w płatwiach znajdujących się na połączeniu z krokwią koszową analizowanej lukarny.

Najbardziej niekorzystny przypadek zaobserwowany został dopiero w sytuacji obustronnego zniszczenia podpór krokwi koszowych (etap VI). W tym przypadku wytężenie zarówno elementów płatwi, jak i wybranych krokwi przekroczyło znacznie wartości normowe, co można przyjąć za punkt inicjujący zniszczenie konstrukcji więźby dachowej.

 

Rys. 2 Analizowane elementy więźby dachowej

 

Wnioski

Na podstawie przeprowadzonej analizy oraz obliczeń statyczno-wytrzymałościowych konstrukcji dachu można sformułować następujące wnioski:

1. Drewniana konstrukcja więźby dachowej znajdowała się w złym stanie technicznym wskutek braku bieżącej konserwacji pokrycia dachowego oraz wieloletnich zaniedbań eksploatacyjnych.

2. W trakcie inwentaryzacji obiektu zarejestrowano liczne uszkodzenia elementów składowych więźby wywołane przede wszystkim znacznym zawilgoceniem oraz rozwijającą się korozją biologiczną.

3. Następstwem występowania uszkodzeń oraz braku konserwacji dachu była katastrofa budowlana, która obejmowała drewnianą konstrukcję dachu oraz drewniane stropy znajdujące się poniżej.

4. Punktami inicjującymi katastrofę wydają się być uszkodzenia w obrębie podparć krokwi koszowych, co mogło być spowodowane zarówno błędami wykonawczymi, jak i ich złym stanem technicznym (przegnicia, korozja biologiczna).

5. Katastrofa postępująca wywołana była zarówno nadmiernym i dynamicznym obciążeniem stropów, jak i korozją belek kolejnych stropów w obrębie gniazd.

Wieloletnie błędy eksploatacyjne, szczególnie w odniesieniu do konstrukcji drewnianych, powodują zmianę parametrów  wytrzymałościowych drewna wynikające z procesów korozyjnych, co może prowadzić do przekroczenia stanów granicznych - nośności i użytkowalności elementu lub całej konstrukcji. Należy wskazać na wagę okresowych przeglądów technicznych obiektów budowlanych oraz zwracać uwagę na konieczność stosowania odpowiednich zabezpieczeń i konserwacji, szczególnie w przypadku obiektów zabytkowych.

 

dr inż. Daniel Wałach

dr inż. Piotr Dybeł

mgr inż. Justyna Jaskowska-Lemańska

mgr inż. Joanna Czaja

AGH Akademia Górniczo-Hutnicza

 

Uwaga: treść artykułu jest oparta na referacie przygotowanym na konferencję „Awarie Budowlane 2015".

 

Literatura

1. R.M. Łuczyński, Losy rezydencji dolnośląskich w latach 1945 -1991, Atut, 2010.

2. K.R. Mazurski, Ziemia Kłodzka - część południowa, Sudety, 1996.

3. J. Pilch, Leksykon zabytków architektury Dolnego Śląska, Arkady, 2005.

4. PN-EN 1995-1-1 Eurokod 5 Projektowanie konstrukcji drewnianych. Postanowienia ogólne. Reguły ogólne i reguły dotyczące budynków.

5. Materiały udostępnione przez Towarzystwo Miłośników Gorzanowa, http://tmg.gorzanow.prv.pl/.

www.piib.org.pl

www.kreatorbudownictwaroku.pl

www.kataloginzyniera.pl

Kanał na YouTube

Profil na Google+