Wybierając konstrukcję dachu, należy uwzględnić wiele parametrów.
Dach w każdym obiekcie kubaturowym jest górną przegrodą wydzielającą go z przestrzeni i stanowiącą izolację przed wpływami środowiska zewnętrznego: temperaturą, wiatrem, opadami deszczu i śniegu. W zależności od założonej architektonicznie koncepcji dach może mieć różny kształt. Najczęściej stosowane w polskich warunkach są dachy płaskie oraz dachy strome dwupołaciowe. Pierwsze z nich – stropodachy, których konstrukcję nośną stanowi strop ostatniej kondygnacji – opisałem w [3]. Tematem wiodącym niniejszego artykułu będzie konstrukcja dachów stromych.
Fot. 1 Budynek mieszkalny jednorodzinny podczas montażu krokwi
Kształt dachu
Kształt dachu zależy nie tylko od uwarunkowań funkcjonalnych, klimatycznych, konstrukcyjnych, ale bardzo często również od regionalnej tradycji. Dachy o dużym nachyleniu stosuje się tam, gdzie często występują intensywne opady atmosferyczne, a zimą jest znaczne i długotrwałe obciążenie śniegiem, oraz w sytuacji, kiedy projektowane jest poddasze użytkowe. Najczęściej stosowane kształty dachów przedstawiono na rys. 1.
Wybór kształtu i kąta pochylenia połaci dachowych, ze względu na wymaganą szczelność, determinuje dobór pokrycia. Im mniejszy kąt nachylenia połaci, tym szczelniejsze musi być zastosowane pokrycie [5]. Zwykle dachy o mniejszych spadkach pokrywa się materiałami bitumicznymi na pełnym deskowaniu. Dachówki ceramiczne i cementowe układa się na dachach o dużych spadkach.
Rys. 1 Najczęściej stosowane kształty dachów: a) jednospadowy, b) dwuspadowy, c) naczółkowy, d) półszczytowy, e) czterospadowy, f) mansardowy, g) wielopołaciowy [4]
Rodzaje konstrukcji dachu
Krokwie to belki ukośne, kształtujące połać dachową, na których opiera się pokrycie dachu. Przekrój poprzeczny prostokątny zwykle ma proporcje wymiarów 1:2 do 1:4 (wysokość zawsze jest większa od szerokości), przy czym podstawa (grubość) nie powinna być mniejsza niż 50 mm. Oczywiście wymiary przekroju poprzecznego muszą być obliczone w projekcie przez uprawnionego konstruktora.
Krokwie najczęściej są belkami jedno- lub dwuprzęsłowymi, opartymi na murłacie, w kalenicy oraz na płatwiach pośrednich. Podparcie pośrednie projektowane jest w taki sposób, aby stosunek długości przęsła górnego do dolnego zawierał się pomiędzy 0,60 a 0,65. Typowy rozstaw krokwi wynosi 80–120 cm. Zróżnicowanie rozstawu na połaci dachu może wynikać z konieczności ominięcia kominów oraz montażu okien połaciowych.
Płatew jest belką poziomą ułożoną wzdłuż połaci dachowej, stanowiącą podporę krokwi. Ze względu na jej umiejscowienie rozróżnia się płatew kalenicową, pośrednią oraz stopową, częściej zwaną murłatą. Podparcie płatwi pośredniej i kalenicowej stanowią słupy. W celu zmniejszenia rozstawu podparć oraz zapewnienia sztywności konstrukcji wykonuje się dodatkowe podparcie ukośnymi zastrzałami (mieczami).
Słupy przekazują punktowo obciążenie z płatwi na strop ostatniej kondygnacji. Duże wartości reakcji ze słupka wymagają często zastosowania podwalin, czyli belek, których zadaniem jest rozłożenie siły na większą powierzchnię stropu.
W budownictwie ogólnym w zależności od rozpiętości stosujemy najczęściej więźby:
– krokwiowe,
– jętkowe,
– płatwiowo-kleszczowe.
Rys. 2 Więźba krokwiowa ze stropem drewnianym [7]
Więźba krokwiowa (rys. 2) jest najprostszą konstrukcją nośną dachu dwupołaciowego. Stosuje się ją przy rozpiętościach do 7,0 m i pochyleniu połaci co najmniej 45o. Jeśli strop ostatniej kondygnacji jest stropem belkowym drewnianym, więźbę konstruuje się tak, żeby belki stropu przenosiły rozpór krokwi. Rozstaw wiązarów krokwiowych jest wówczas równy rozstawowi belek w stropie. Jeśli strop jest żelbetowy (rys. 3) lub występują ściany kolankowe, dolne końce krokwi należy zakotwić w murłatach zamocowanych do wieńca. Płaskie układy ramowe więźby należy usztywnić na kierunku podłużnym połaci dachowej. W tym celu stosuje się tzw. wiatrownice, czyli deski mocowane ukośnie do kolejnych krokwi.
Rys. 3 Więźba krokwiowa ze stropem żelbetowym [7]
Więźba jętkowa (rys. 4, fot. 3) ma podobny układ statyczny do krokwiowej, posiada tylko dodatkowy element (zwany jętką) spinający krokwie. Jętka przenosi głównie obciążenia rozciągające wynikające z rozporu dachu. W typowych układach projektuje się ją w poziomie ok. 2/3 wysokości dachu. Taki zabieg pozwala na przekrywanie dachem dwupołaciowym rozpiętości do 9,0 m. Podobnie jak przy wiązarach krokwiowych wymagane jest sztywne kotwienie w murłacie oraz usztywnienie w kierunku podłużnym za pomocą wiatrownic.
Więźbę jętkową można zastosować również w dachu o większej rozpiętości, nawet do 11,0 m, pod warunkiem jednak wprowadzenia dodatkowego podparcia za pomocą płatwi i słupów w rejonie połączeń krokwi z jętkami.
Tego typu więźba stosowana jest najczęściej w budynkach mieszkalnych z poddaszem użytkowym. Rozstawione co 80–120 cm dźwigary stanowią dobrą konstrukcję wsporczą pod płyty gipsowo-kartonowe ścian ukośnych oraz sufitu podwieszonego.
Rys. 4 Więźba jętkowa [7]
Innym typem konstrukcji nośnej dachu stromego jest więźba płatwiowo-kleszczowa (rys. 5). Więźba ta może podtrzymywać dachy o rozpiętości nawet 12,0 m. Konstrukcja zbudowana jest z dwóch rodzajów wiązarów: głównych oraz pośrednich. Wiązary główne, rozstawione co 3–5 m, składają się z dwóch krokwi opartych na płatwiach, dwóch słupów i pary kleszczy, które obejmują pozostałe elementy z dwóch stron. W wiązarach pośrednich słupów i kleszczy nie ma. Usztywnieniem w kierunku wzdłuż połaci są miecze.
Ze względu na rozstaw 3–5 m wykonanie obudowy wewnętrznej poddasza jest znacznie utrudnione. Dlatego więźba płatwiowo-kleszczowa najczęściej pozostawiana jest niezabudowana, a izolacje układa się w całej połaci dachu. Niewątpliwą zaletą tej konstrukcji jest jednak możliwość przekrywania dachów o małym spadku połaci. W takim układzie najczęściej stosuje się płatew kalenicową opartą na jednym rzędzie słupów.
Rys. 5 Więźba krokwiowa ze stropem drewnianym [7]
Jeśli projektowany budynek nie będzie posiadał poddasza użytkowego, a zwłaszcza ostatnio mamy coraz częściej do czynienia z budynkami parterowymi, na konstrukcję dachu można zastosować prefabrykowane dźwigary kratowe (fot. 2). W zależności od ciężaru pokrycia rozstaw dźwigarów może wynosić od 1,5 do 3,0 m. Specyfika pracy statycznej układów kratownicowych sprawia, że przy tych samych rozpiętościach wykonuje się je z elementów o mniejszych przekrojach. Na wiązar kratowy składają się:
– pas górny, zwykle ściskany i zginany, stanowiący podparcie pokrycia;
– pas dolny, rozciągany, stanowiący podkonstrukcję sufitu podwieszonego;
– słupki i krzyżulce, ściskane lub rozciągane, łączące pas górny i dolny.
Dźwigary kratowe mogą przyjmować różne kształty (trójkątne, trapezowe). Dla typowych rozpiętości od 7,5 do 12,0 m wykonywane są zwykle jako deskowe.
Fot. 2 Dźwigary drewniane kratownicowe po ustawieniu na ścianach
Projektowanie konstrukcji dachu
Wybór rodzaju konstrukcji dachu, dobór drewna, przekroju elementów wymaga wykonania analiz i obliczeń projektowych. Jak wspomniałem, kształt dachu uwarunkowany jest architekturą obiektu i otoczenia. Również architekt najczęściej decyduje o sposobie pokrycia dachu. Te wybory przekładają się na wymiarowanie konstrukcji. Jeśli na pokrycie zastosujemy ciężką dachówkę ceramiczną, musimy przewidzieć mocniejszą więźbę. Pokrycie z blachodachówki da znacznie mniejsze wartości obciążeń i pozwoli na odchudzenie konstrukcji.
Ważnym aspektem analizy są obliczenia cieplne. Obecne wymagania [2] z perspektywą zaostrzenia w najbliższych latach sprawiają, że w dachu należy zaprojektować izolację termiczną o grubości ponad 20 cm. W połaci dachowej umieszcza się ją głównie pomiędzy krokwiami, dlatego wysokość przekroju krokwi powinna to uwzględniać. Dodatkowo układ warstw dachu powinien zapewniać właściwy przepływ powietrza i odpływ pary wodnej. Temat jest na tyle szeroki, że wykracza poza ramy niniejszego artykułu, był już jednak omawiany na łamach „IB”.
Poza wymogami konstrukcyjnymi projektowana więźba dachowa musi spełniać warunki stanu granicznego nośności i użytkowalności, tzn. naprężenia wewnętrzne w elementach muszą być mniejsze od wytrzymałości materiału oraz maksymalne ugięcie musi być mniejsze od dopuszczalnego. W tym kontekście ważne jest zastosowanie właściwego materiału. Zwykle jest to drewno drzew iglastych (sosna, jodła) o wytrzymałości odpowiadającej jednej z klas nośności oraz wilgotności do 18%. Drewno przed wmontowaniem w konstrukcję powinno być więc wysezonowane oraz zaimpregnowane w celu zabezpieczenia przed korozją biologiczną (owady).
Często pomijaną kwestią przy projektowaniu są połączenia. O ile w większości typowych rozwiązań złącza gwoździowane i ciesielskie elementów konstrukcji są bezpieczne, o tyle problemy pojawiają się przy zakotwieniu konstrukcji dachu do budynku. Coraz częściej występujące również w Polsce intensywne zjawiska pogodowe (nawałnice, tornada) mogą powodować oddzielenie dachu od budynku i jego przemieszczenie. Należy uwzględniać taką możliwość w obliczeniach oraz przy realizacji obiektu.
Fot. 3 Więźba dachowa jętkowa wykonana na budynku z bali drewnianych
Montaż konstrukcji dachu
Tradycyjne więźby dachowe (krokwiowe, jętkowe, płatwiowo-kleszczowe) wykonywane są bezpośrednio na budowie. Na plac budowy trafia zamówiona zaimpregnowana tarcica o wymaganych przekrojach, z której zespół wykonawczy przygotowuje i montuje poszczególne wiązary (fot. 1). Po zmontowaniu szkieletu konstrukcji wykonywane jest pełne deskowanie lub pokrycie wiatroizolacją i łatami. Na takim podłożu kładzie się warstwy pokrycia dachowego.
W przypadku dźwigarów kratowych montaż poszczególnych elementów w dźwigary odbywa się w zakładzie prefabrykacji. Pozwala to na uzyskanie większej dokładności wykonania. Gotowe dźwigary przywożone są na plac budowy i za pomocą dźwigu ustawiane na ścianach (fot. 2). Znacznie przyspiesza to wykonanie konstrukcji. Pokrycie dachu kratownicowego wykonuje się analogicznie jak w konstrukcji z więźbą dachową.
Przedstawione w artykule rozwiązania konstrukcyjne nie wyczerpują tematu, obejmują jednak najczęściej stosowane w praktyce układy.
dr inż. Andrzej Dzięgielewski
Politechnika Warszawska
Bibliografia
1. Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. – Prawo budowlane (tekst jednolity: Dz.U. z 2013 r. poz. 1409).
2. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie.
3. A. Dzięgielewski, Zasady prawidłowego projektowania i wykonawstwa stropodachów wentylowanych, „Inżynier Budownictwa” nr 1/2014.
4. J. Kerste, W. Kubiszyn, Dachy i pokrycia dachowe, Budownictwo ogólne t. 3, praca zbiorowa pod red. dr. hab. inż. L. Lichołai, Arkady, Warszawa 2008.
5. B. Ksit, Pokrycia dachowe, „Inżynier Budownictwa” nr 4/2014.
6. H. Michalak, S. Pyrak, Domy jednorodzinne. Konstruowanie i obliczanie, Arkady, Warszawa 2000.
7. Strona internetowa firmy Lech-bud: http://lechbud1856.republika.pl/
