Analiza założeń projektowych i monitoring obiektów użytkowanych w kontekście odprowadzania wody opadowej z wielkopowierzchniowych połaci dachowych.
Specyfika obiektów
Istniejące i wznoszone obiekty wielkopowierzchniowe to przede wszystkim hale magazynowe, produkcyjne, ale również obiekty pełniące funkcje handlowe, usługowe lub sportowe. Zdecydowana większość budynków wielkopowierzchniowych to konstrukcje o lekkim poszyciu połaci dachowej. Lekką połać dachową tworzą warstwy przekrycia i pokrycia dachowego ułożone przeważanie na blasze trapezowej, która z kolei rozpięta jest między dźwigarami. W powyższych przypadkach to właśnie blacha trapezowa stanowi najsłabszy element przekrycia dachowego. Dla hal wielonawowych lub z połaciami ograniczonymi attykami zagrożenie wynikające z obciążenia opadem śniegu albo deszczu ma istotne znaczenie dla bezpieczeństwa ludzi, mienia i całej konstrukcji.
Założenia wyjściowe – projekt i stan faktyczny
Podejście projektantów i architektów przy projektowaniu nośności połaci dachowej w istocie zawęża się do wyznaczania wartości obciążenia śniegiem wg PN-EN 1991-1-3:2005, Eurokod 1. Określona w ten sposób dopuszczalna wartość obciążenia połaci dachowej śniegiem jest dla projektantów, świadomie lub nieświadomie, równoważna z wartością obciążenia połaci dachowej wynikającą ze spiętrzania wody opadowej. O ile katastrofa budowlana hali na terenie Międzynarodowych Targów Katowickich uświadomiła projektantom, wykonawcom i zarządzającym obiektami wielkopowierzchniowymi zagrożenie powstałe z obciążenia śniegiem, o tyle obciążenie piętrzącą wodą opadową wciąż jest nieprawidłowo uwzględnianie.
Wyznaczanie dopuszczalnego obciążenia połaci dachowej opadem śniegu zależy m.in. od lokalizacji obiektu oraz kształtu dachu i dla zdecydowanej większości obiektów mieści się w zakresie od 80 do 120 kg/m2. Tutaj warto zaznaczyć i przypomnieć, że dopuszczalne obciążenie połaci dachowej jest ważną informacją dla właścicieli oraz zarządców istniejących obiektów, jak również dla branżystów instalacji deszczowych. Dla tych pierwszych stanowi wytyczną o właściwym serwisowaniu dachu, natomiast dla drugich jest warunkiem wyjściowym w zakresie prawidłowego doboru instalacji odprowadzenia wody opadowej.
Odprowadzenie wody odpadowej z połaci dachowej
W przypadku obciążenia słupem wody projektanci i architekci dobierają instalację odwodnienia grawitacyjnego zgodnie z PN-EN 12056-3:2002, przeważnie przyjmując opad deszczem nawalnym 300 [l/(s*ha)]. Drugą możliwością jest wybór oferenta podciśnieniowego systemu odwodnienia. Należy jednak podkreślić, że system podciśnieniowy nie jest objęty żadną normą i wprowadzany jest do obrotu, jak również może być zastosowany w budownictwie, tylko po uzyskaniu Krajowej Oceny Technicznej (dawna Aprobata Techniczna). W tym wariancie architekci oraz projektanci nie są w stanie sprawdzić bez specjalistycznego oprogramowania poprawności doboru i w całości polegają na zewnętrznych ofertach. Warto to mieć na uwadze, ponieważ to projektant z uprawnieniami odpowiada prawnie za nieprawidłowy dobór i opracowanie systemu odprowadzenia wody opadowej.
Wpusty dachowe, stanowiące wloty do instalacji kanalizacji deszczowej, osiągają obliczeniowe przepustowości przy określonych spiętrzeniach słupa wody i każdy model wpustu powinien mieć wg normy przedmiotowej PN-EN1253-2:2015 wypisaną kartę zależności: słup wody [mm] -:-przepustowość [l/s]. W tym miejscu należy nadmienić, że jest to spiętrzenie wody przy wlocie do wpustu. Rzeczywiste spiętrzenie w odległości kilku metrów od wpustu, zarówno w systemie grawitacyjnym, jak i podciśnieniowym, jest dwukrotnie wyższe i jest to efekt tzw. leja zlewowego. Zatem przykładowo podczas wystąpienia deszczu tzw. nawalnego 300 [l/(s*ha)] wg PN-EN 12056-3:2002 wpust grawitacyjny Sita Standard pionowy, zabudowany w środku zlewni o wymiarach 20 x 20 m (tj. 400 m2) osiąga wydajność 12,8 l/s przy spiętrzeniu 55 mm słupa wody przy wlocie wg PN-EN 1253- 2:2015. Jednak na krańcach zlewni spiętrzenie wody jest dwukrotnie wyższe i wynosi ok. 110 mm, tj. 110 kg m2. Warto zaznaczyć, że ciągle mówimy o systemie odwodnienia głównego i odpowiadających mu poziomach spiętrzenia wody.
Pomiar spiętrzenia wody opadowej przy wpuście w istniejącym obiekcie
Zdarzenia awaryjne: zatkanie, przeciążenie sieci, opad intensywny lub ponadnormatywny
System odwodnienia awaryjnego powinien rozpocząć swoją pracę od określonego poziomu spiętrzenia wody opadowej, tak aby nie wchodzić w zakres spiętrzenia dla systemu podstawowego, przy którym wpusty główne osiągają swoje obliczeniowe przepustowości. Jednocześnie górny poziom wody dla systemu awaryjnego nie może przewyższyć słupa wody, dla którego przekroczone zostanie dopuszczalne obciążenie połaci dachowej. Biorąc pod uwagę dodatkowe obciążenie wynikające z wpływu leja zlewowego, wzajemna lokalizacja wpustów systemu głównego i awaryjnego dla lekkich połaci dachowych ma fundamentalne znaczenie. Niestety, większość obecnie projektowanych oraz istniejących obiektów wielkopowierzchniowych ma awaryjne odwodnienie typowo attykowe w postaci tzw. rzygaczy.
Niezależnie od formy i modelu, wszystkie wpusty oraz przelewy zabudowane w attyce charakteryzują się najniższymi przepustowościami względem innych wpustów dachowych. Wynika to ze sposobu odbioru i przepływu wody, ponieważ stopniowo piętrząc się, wypełnia ona wlot przelewu, a sam jej ruch determinowany jest poziomo. Stąd norma przedmiotowa PN-EN 1253-2:2015 w pkt. 5.5.3. i 5.5.2. wyraźnie rozróżnia w badaniach przepustowości wpust (przelew) attykowy od wpustu połaciowego (pogrążonego). Nawet jeżeli jest to tzw. ekwiwalent wycięcia w attyce w formie prostokątnej, to należy pamiętać, że przekrój odbiera wyliczoną ilość wody, ale dla pełnego wypełnienia przekroju. A trzeba podkreślić, że dla omawianych obiektów wyznaczane są wycięcia o wysokości 15 cm, 20 cm i więcej (tj. 150 kg/m2, 200 kg/m2)! Dodatkowo poziom wlotu do przelewu awaryjnego w attyce zawsze lokalizuje się wyżej względem poziomu wlotu do wpustu głównego. Jest to tzw. wysokość spiętrzenia awaryjnego, przy której przelew awaryjny dopiero rozpoczyna pracę, a także kolejny składnik całkowitego spiętrzenia awaryjnego. Na koniec ważna charakterystyka połaci płaskich, czyli spadkowanie, tzw. kopertowanie do wpustów, które jest również istotnym składnikiem spiętrzenia awaryjnego. Mianowicie chodzi tutaj o głębokość zlewni, zanim woda przeleje się z jednej zlewni do kolejnej i tak do ostatniej, przy której jest attyka oraz zlokalizowany w niej przelew. W takich warunkach do spiętrzenia awaryjnego konieczne jest również doliczenie spiętrzenia głębokością zlewni, tzw. koperty.
Fot. Wpusty główne (czarny koszyk) i towarzyszące wpusty awaryjne (żółty element spiętrzający)
Skutki i wnioski
Reasumując, wszystkie dodatkowe spiętrzenia, wynikające z warunków zabudowy oraz specyfiki rozwiązania, w efekcie składają się na wysokość spiętrzenia awaryjnego i nijak korespondują z dopuszczalnym obciążeniem połaci dachowej.
W rzeczywistości efektem są zerwane połacie dachowe, jak np. hali Eko-Okna w Kornicach w czerwcu 2020 r. Oczywiście wiele obiektów w trakcie zdarzeń ekstremalnych, jakim jest m.in. intensywny opad deszczu, ratują przed katastrofą współczynniki bezpieczeństwa (materiałowe, obciążenia itp.). Wiemy o tym choćby z monitoringu użytkowanych obiektów. Prezentuje to jeden z wykresów przedstawiających pomiar słupa wody w istniejącym obiekcie w czasie rzeczywistym – dane przesłane dzięki uprzejmości firmy Sense Monitoring. Czerwona linia to maksymalny dopuszczalny poziom obciążenia połaci – 120 kg/m2 i maksymalne spiętrzenie wody opadowej – 150 kg/m2. Nawet jeżeli nie doszło do zerwania połaci, to trwałe ugięcie blachy trapezowej wymaga zdarcia oraz ponownego ułożenia, aby nie dochodziło do propagacji ugięcia w nowo utworzonej zlewni i w konsekwencji do zerwania.
Rozwiązaniem problemu w omawianych obiektach jest bezwzględne wykonanie połaciowych wpustów awaryjnych towarzyszących wpustom głównym, z własnym orurowaniem i awaryjnym wyrzutem wody poza obiekt.
mgr inż. Damian Działo
Sita Bauelemente GmbH
Przedstawicielstwo w Polsce
ul. Rydlówka 20, 30-363 Kraków
tel. +48 12 345 70 00
biuro@sita-bauelemente.pl
www.sita-bauelemente.pl
