Na niezawodność konstrukcji drewnianych łączonych na płytki kolczaste i ich bezproblemowe użytkowanie ma wpływ, oprócz poprawnego zaprojektowania, wiele czynników w różnych etapach powstawania obiektu.
Niestaranność produkcji, nieprawidłowy transport i składowanie konstrukcji przed montażem, a również nieodpowiedni montaż i późniejsze nieplanowane ingerencje w gotowym obiekcie powodują, że konstrukcja do dalszego sprawnego funkcjonowania wymaga interwencji, narażając przy tym inwestora/właściciela na dodatkowe, niepotrzebne koszty.
W artykule skupiono się głównie na błędach związanych z wykonawstwem, natomiast wspomnieć należy, że błędy popełnione na samym początku, przy projektowaniu, rzutują na dalsze etapy powstawania obiektu [1]. Takim błędem jest np. przyjmowanie do obliczeń zbyt wysokiej klasy drewna, która nie jest realnie dostępna na lokalnym rynku. W rezultacie albo konstrukcja będzie wymagała przeprojektowania, albo też istnieje spore ryzyko, że zostanie wykonana z drewna o niższej klasie.
Konstrukcje często projektowane są z bardzo niewielkimi zapasami nośności, o wytężeniach prętów i węzłów sięgających 95–100%. Przy tak „zoptymalizowanej” konstrukcji, dodatkowo w zestawieniu z przyjmowaniem do obliczeń zaniżonych obciążeń, każda późniejsza, nawet niewielka, zmiana związana np. z wprowadzeniem dodatkowych urządzeń instalacyjnych wiąże się z koniecznością wzmocnienia konstrukcji.
Ze względu na niewielką sztywność wiązarów kratowych niezbędne jest zaprojektowanie systemu stężeń zapewniających globalną sztywność konstrukcji. Niestety często analiza przestrzenna ustroju jest pomijana, a zawarte w dokumentacji informacje o niezbędnych stężeniach są niekompletne, co prowadzi później do błędów popełnianych na etapie wykonawstwa.
Poniżej przedstawiono błędy popełniane na etapie produkcji i montażu wiązarów oraz w czasie późniejszej eksploatacji obiektu.
Błędy produkcyjne
Główną zaletą systemu wiązarów łączonych na płytki kolczaste jest powtarzalność elementów i możliwość prefabrykacji. Pozwala to usprawnić produkcję i zachować stałość parametrów gotowych wiązarów. Niestety błędy popełnione już na tym etapie mogą prowadzić do sytuacji, w której konstrukcja będzie wymagała kosztownej naprawy nawet jeszcze przed oddaniem obiektu do użytkowania.
Podstawowym błędem jest zastosowanie nieodpowiedniego drewna. Wiązary muszą być wykonywane z drewna certyfikowanego, sortowanego wytrzymałościowo i odpowiednio wysuszonego. Zastosowanie mokrego drewna powoduje, że konstrukcja wysycha dopiero w miejscu wbudowania, co powoduje powstanie pęknięć skurczowych. Skurcz drewna wskutek wysychania w obrębie węzła może spowodować powstanie szczelin między elementami w złączu, które na etapie produkcji były dobrze spasowane. Z kolei wbudowanie drewna nieokorowanego (fot. 1) sprzyja m.in. zwiększeniu liczby gatunków owadów niszczących drewno.
Fot. 1. Wiązar wykonany z nieokorowanego drewna o niedopuszczalnej oblinie, przez co płytka kolczasta ma mniejszą powierzchnię czynną
Oczywisty również powinien być fakt, że wiązary należy wykonać z założonej w projekcie klasy drewna. Niedopuszczalna jest zmiana klasy na niższą (co niestety ma miejsce w praktyce) bez weryfikacji obliczeniowej, potwierdzającej, że nadal spełnione zostaną stany graniczne nośności i użytkowania.
Wiązary kratowe łączone na płytki kolczaste objęte są normą zharmonizowaną PN-EN 14250 [2], w której określono m.in. dopuszczalne odchyłki wymiarów przekroju drewnianych elementów, luzy w złączach oraz tolerancję położenia płytki w węźle względem zaprojektowanego położenia płytki. Dodatkowo w Eurokodzie PN-EN 1995-1 [3] wskazano m.in. minimalne zachodzenie płytki na element drewniany. Dopuszczalne przez normę [2] odchylenie położenia płytki nie powinno przekraczać 10 mm niezależnie od kierunku, co oznacza, że wiązary należy wykonywać z odpowiednią starannością i dbałością o zgodność ze stanem projektowanym. Położenie płytki w węźle ma znaczenie dla jej nośności i odchyłki większe niż dopuszczalne (założone podczas projektowania i/lub ograniczone wymaganiami normowymi) mogą prowadzić do przekroczenia stanów granicznych nośności. W rzeczywistości zdarzają się płytki kolczaste przesunięte o kilka lub nawet kilkanaście centymetrów względem projektowanego położenia (fot. 2, 3).
Fot. 2. Niesymetrycznie umiejscowiona płytka w styku. Fot. 3. Płytki kolczaste przesunięte względem siebie w węźle. Niepoprawne wprasowanie płytki – brak zakotwienia kolców. Niedopuszczalna szczelina między elementami
Innym przykładem błędu produkcyjnego jest nieodpowiednie docięcie łączonych elementów. W rezultacie elementy w węźle nie schodzą się i powstają ponadnormatywne luzy w złączach (szczeliny). W przypadku elementów ściskanych przy braku spasowania elementów może dojść do wypchnięcia płytki z płaszczyzny. Niedopuszczalne jest w przypadku zbyt krótkich elementów (np. w styku) stosowanie przekładek lub klinów. W takim połączeniu płytka kolczasta nie jest zakotwiona w elemencie kratownicy na wystarczającej powierzchni, ponieważ wkładki nie można uznać za nośny element wiązara (fot. 4). Zdarzają się przypadki zamiany projektowanych płytek na etapie produkcji na mniejsze, co może prowadzić do niebezpiecznej sytuacji, zwłaszcza gdy już na wstępie konstrukcja została zaprojektowana z niewielkim zapasem nośności. W takim przypadku każdorazowo niezbędna jest weryfikacja obliczeniowa zastosowanych zamiennie łączników.
>>> Pierścienie kolczaste Bulldog i Geka – zastosowanie i montaż
>>> Ciągła Ścieżka Obciążenia i jej znaczenie dla konstrukcji budynków szkieletowych
Fot. 4. Drewniana wkładka w styku zbyt krótkich elementów pasa. Brak właściwego zakotwienia kolców w drewnie
Przykładem skrajnej niestaranności wykonania jest pominięcie jednej z dwóch płytek w węźle (fot. 5). W Eurokodzie 5 [3] wyraźnie wskazano, że w danym złączu mają być zastosowane po obu stronach łączniki tego samego typu
Fot. 5. Brak płytki w węźle
Błędy wykonawcze i montażowe
Po wykonaniu w zakładzie prefabrykacji wiązary dostarczane są w miejsce wbudowania, kolejnym etapem jest więc transport i składowanie wiązarów na placu budowy przed montażem. Wiązary wykonuje się najczęściej z tarcicy o grubości 45–60 mm i mają one niewielką sztywność w kierunku prostopadłym do płaszczyzny wiązara. Z tego względu nieodpowiednie składowanie na nierównym podłożu, bez zastosowania przekładek i bez zabezpieczenia elementów przed wpływem czynników atmosferycznych może doprowadzić do uszkodzenia kratownic jeszcze przed zamontowaniem. Niepoprawnie składowane wiązary są podatne na deformacje, a kontakt z podłożem w połączeniu z wodami opadowymi może prowadzić do wymywania impregnatu z drewna i powstawania ognisk korozji biologicznej [4].
Wiązary kratowe ze względu na swoje wymiary – nawet 30 m długości i 8 m wysokości – często dostarczane są na plac budowy w częściach, które są łączone już na miejscu za pomocą płytek kolczastych wprasowywanych przenośnymi prasami lub przy użyciu płytek gwoździowanych. Takie połączenia muszą być wykonywane z tą samą starannością jak te w zakładzie produkcyjnym, z zachowaniem właściwego położenia łącznika i przy dokładnym spasowaniu łączonych części. Niestety zdarza się, że połączenia wykonane na placu budowy są gorszej jakości, np. z powodu zastosowania wątpliwej jakości łączników. W przypadku płytek kolczastych błędem jest wprasowywanie ich za pomocą prasy o powierzchni docisku mniejszej niż powierzchnia płytki. Przy wielokrotnym wprasowywaniu jednej płytki może dojść do deformacji lub uszkodzenia łącznika, a w efekcie do osłabienia nośności połączenia.
Na tym etapie powstawania konstrukcji błędy popełniane są nie tylko w przypadku jakości połączeń. Często dostarczona konstrukcja składa się z więcej niż jednego typu wiązarów, które mogą mieć podobne wykratowanie i na pierwszy rzut oka nie różnić się między sobą. Omyłkowo połączone niewłaściwe części wiązara prowadzą do powstania konstrukcji wymagającej ponownej weryfikacji obliczeniowej.
Wiązary kratowe ulegają uszkodzeniu również wskutek niepoprawnego montażu. Zbyt mało punktów podnoszenia w stosunku do gabarytów wiązara lub brak belki trawersowej może prowadzić do deformacji lub nawet złamania elementów wiązara podczas podnoszenia. Nie tylko liczba, ale i dobór punktów zaczepienia mają znaczenie. Podnoszenie wiązarów z punktami mocowania w miejscach, gdzie płytka kolczasta wystaje poza węzeł, może prowadzić do uszkodzenia płytki (fot. 6) [4].
Fot. 6. Uszkodzona podczas montażu płytka kolczasta
Groźnym w skutkach niedopatrzeniem na etapie montażu jest doprowadzenie do sytuacji, w której wiązary opierają się nie tylko na ścianach projektowanych jako podpory. Po pierwsze zmiana schematu statycznego kratownicy skutkuje innym rozkładem sił w elementach, w tym również obróceniem znaków sił działających w prętach. W przypadku pręta zaprojektowanego jako rozciągany, w którym nagle pojawi się nieplanowana siła ściskająca, może dojść do wyboczenia. Po drugie nie zawsze ściana, na której wiązary opierają się w sposób niekontrolowany, była projektowana jako nośna. Dodatkowe punktowe obciążenie może skutkować np. jej zarysowaniem, a więc błąd w montażu jednej z części obiektu ma wpływ na pozostałe.
Jak już wspomniano, wiązary kratowe są przystosowane do przenoszenia obciążeń działających w płaszczyźnie wiązara, natomiast mają niewielką sztywność w drugim kierunku. Z tego względu stężenia, zwłaszcza te zaprojektowane jako usztywnienie przeciwwyboczeniowe elementów ściskanych, odgrywają ważną rolę i są elementami konstrukcyjnymi (np. w konstrukcjach stalowych nie do pomyślenia jest zastosowanie na stężenia elementów niewiadomego pochodzenia – bez deklarowanych właściwości). Błędem jest pozostawianie jednoprzęsłowych stężeń montażowych (fot. 7), służących jedynie do odpowiedniego ustawienia wiązarów jako docelowych stężeń konstrukcyjnych. Takie stężenia wykonywane są często z elementów o niewystarczającym przekroju, z drewna bezklasowego, niecertyfikowanego, nieokorowanego.
>>> Złącza ciesielskie – rodzaje, błędy w montażu
>>> Drewniane budynki mieszkalne – rozwiązania konstrukcyjne
Fot. 7. Jednoprzęsłowe stężenia montażowe pozostawione jako konstrukcyjne
Kolejnym błędem w przypadku stężeń jest ich niewłaściwe lub niedostateczne mocowanie. Przy wiązarach wykonywanych z drewna o grubości kilku centymetrów nawet niewielkie przesunięcie łączników względem osi sprawia, że nie zostają zachowane minimalne odległości od krawędzi elementu. Przy większej niestaranności łatwo o to, żeby łączniki w ogóle nie trafiły w wiązar. W takim przypadku trudno mówić o spełnianiu przez stężenie jakiejkolwiek funkcji (fot. 8).
Fot. 8. Łączniki mocujące stężenie wbite obok elementu wiązara
Bardzo wiele błędów popełnianych jest przy wykonywaniu połaciowych stężeń wiatrowych z taśm stalowych. Na rynku dostępne są systemy, które oferują kompletne rozwiązania. Niestety ze względów ekonomicznych przy realizacji obiektu najczęściej używane są same taśmy, bez odpowiednich bloków kotwiących i bez złączy napinających [5]. Taśma, która jest luźna lub która została przybita do każdego wiązara, nie ma szans zapracować odpowiednio w przypadku przyłożenia siły (fot. 9, 10).
Fot. 9. „Połączenie” taśmy wiatrowej. Fot. 10. Połączenie taśm na długości przez przybicie do deski stężenia
Wskazane wyżej błędy są również skutkiem braku rzetelnej kontroli ze strony kierownika budowy i inspektora nadzoru, wynikającej często z niedostatecznej wiedzy w zakresie konstrukcji drewnianych.
>>> 5 kluczowych kwestii systemu stężenia dachu
>>> Wieszaki do belek drewnianych
>>> Złącza ciesielskie – rodzaje, błędy w montażu
>>> Wymiarowanie połączenia krokiew-murłata w przypadku dachów rozporowych
Błędy eksploatacyjne
Nawet poprawnie wykonana i zmontowana oraz stężona konstrukcja może przestać spełniać swoje zadanie, jeśli będzie eksploatowana niezgodnie z przeznaczeniem lub jeśli wprowadzone zostaną zmiany ingerujące w nośność czy stateczność. Niestety brak koordynacji między poszczególnymi branżami oraz nieświadomość użytkowników prowadzą do zmian mających negatywny wpływ na konstrukcję. Często się zdarza, że dodatkowe urządzenia umieszczone w przestrzeni dachu montowane są w innym miejscu, niż zaprojektowano (fot. 11). Może to wynikać z niedokładnej analizy dokumentacji, z niewiedzy instalatorów, wygody montażu w innym miejscu lub np. ze zmiany układu pomieszczeń i konieczności przeniesienia instalacji w inne miejsce.
Fot. 11. Niewłaściwe umiejscowienie centrali – zginanie krzyżulców projektowanych tylko na siły osiowe
Brak świadomości odnośnie do tego, co jest elementem konstrukcyjnym, prowadzi do usuwania stężeń kolidujących z instalacjami. W przypadku elementu ściskanego pręt pozbawiony stężenia może ulec wyboczeniu, ponadto każda nieplanowana ingerencja w system stężeń zaburza przekazywanie obciążeń. Niestety drewniane elementy stosunkowo łatwo bezrefleksyjnie wyciąć. W skrajnych przypadkach dochodzi też do uszkodzenia samych wiązarów, czy to przez osłabienie przekroju (fot. 12), czy przez całkowite wycięcie kolidującego pręta, co zaburza rozkład sił w wiązarze.
Fot. 12. Wycięty fragment pasa w celu przeprowadzenia instalacji – osłabienie przekroju
Równie ważne dla trwałości wiązarów jest zachowanie szczelności pokrycia przy wyprowadzaniu instalacji ponad połać. Nieumiejętne wykończenie i uszczelnienie prowadzą do powstawania lokalnych przecieków, które w rezultacie powodują przedwczesną degradację drewna. Niedopuszczalne jest również wyprowadzanie wentylacji do przestrzeni poddasza (fot. 13).
Fot. 13. Brak wyprowadzenia wentylacji ponad połać dachu – miejscowa degradacja drewna
Innym aspektem jest sposób przykładania obciążenia do wiązarów. Jeżeli w projekcie założono konkretną lokalizację np. instalacji czy kanałów, to powinno się również określić, gdzie należy przyłożyć obciążenie – do pasów górnych lub dolnych wiązarów. Mocowanie do elementów wykratowania jest błędem, gdyż wprowadza w prętach siłę inną niż osiowa i może powodować nieplanowane zginanie. Ponadto przyłożenie obciążenia blisko obciążonej krawędzi elementu może skutkować pęknięciem/uszkodzeniem przekroju. Istotnym błędem niekonstrukcyjnym, mającym zasadniczy wpływ na bezpieczeństwo użytkowania, jest niepoprawne wykonanie instalacji elektrycznych. Nagminną praktyką są przewody elektryczne prowadzone bez koryt kablowych, poplątane i trudne do prześledzenia w przebiegu (fot. 14). Zdarza się również, że w wiązarach wiercone są otwory, przez które przeprowadzana jest instalacja. Nietrudno sobie wyobrazić, że w przypadku mechanicznego uszkodzenia przewodu i zwarcia może powstać iskra, a w rezultacie pożar.
Fot. 14. Niepoprawne prowadzenie przewodów elektrycznych
Podsumowanie
W artykule przedstawiono wybrane błędy popełniane przy realizacji drewnianych wiązarów dachowych łączonych na płytki kolczaste. Wiele zaniedbań wynikających z niestaranności, niewiedzy, z niewłaściwego nadzoru oraz niewłaściwego użytkowania skutkuje często koniecznością kosztownej naprawy na długo przed końcem projektowanego czasu użytkowania obiektu, a niekiedy nawet zanim to użytkowanie się rozpocznie.
Literatura
- T. Nowak, E. Kotwica, U. Kotwica, K. Nastulski, Selected aspects of structural design of timber trusses with punched metal fasteners, Annals of Warsaw University of Life Sciences – SGGW,„Forestry and Wood Technology” nr 97/2017.
- PN-EN 14250:2011 Konstrukcje drewniane – Wymagania produkcyjne dotyczące prefabrykowanych elementów konstrukcyjnych łączonych płytkami kolczastymi.
- PN-EN 1995-1:2010 Projektowanie konstrukcji drewnianych – Część 1-1: Postanowienia ogólne i reguły dotyczące budynków.
- Montaż prefabrykowanych wiązarów drewnianych łączonych płytkami kolczastymi MiTek®, Legnica
- T. Szczesiak, System stężenia dachu – 5 kluczowych kwestii, „Fachowy Dekarz i Cieśla” nr 1/2022.
 |
dr inż. Tomasz Nowak Politechnika Wrocławska |
 |
mgr inż. Urszula Kotwica Technika Wink Sp. z o.o. |
 |
mgr inż. Piotr Mastalerz Technika Wink Sp. z o.o. |
