Konstruowanie dachów w czasach zmian klimatycznych

Gwałtowne wichury, nawałnice i huragany w krótkim czasie mogą zniszczyć konstrukcję dachu. Mimo wyraźnej zmiany w sposobach projektowania i wykonywania dachów, niestety nie wszystko jest pod kontrolą człowieka.

Ciężkie dachówki a siła ssąca wiatru

Dachówki (czy to betonowe, czy ceramiczne) mają pewne cechy, które podczas wichur mogą okazać się czasem nawet zbawienne. Otóż dachówki są pokryciem ciężkim, małoformatowym i, w pewnym sensie, elastycznie położonym na dachu. W czasie silnych wiatrów siły ssące działające na dach muszą najpierw pokonać ciężar dachówki, zanim zaczną ją podnosić. Z kolei małoformatowość pokryć dachówkowych skutkuje tym, że siła ssąca wiatru, rozkładająca się na pojedyncze dachówki, może każdą unieść niezależnie od innych. Efektem jest działanie dachówek trochę jak zaworków bezpieczeństwa. Siła ssąca nie uniesie całego pokrycia dachowego, ale podniesie na przykład kilka czy kilkanaście dachówek na połaci, które zadziałają właśnie jak takie zaworki. Uniosą się, „odprężając” chwilowo wysoką siłę ssącą, i opadną na miejsce.

Tych cech nie mają popularne w wielu regionach kraju tak zwane lekkie pokrycia wielkoformatowe. Tu siła ssąca, osiągając wartość wystarczającą do uniesienia czy zerwania pokrycia, po prostu czasem zdejmuje je całe, gdy przymocowane było ono do konstrukcji niewystarczająco mocno. Tymczasem na dachu dachówkowym wiatr może poprzesuwać dachówki albo wyssać pojedyncze sztuki, co jest dość proste i szybkie w naprawie. Stąd widuje się czasem uszkodzone dachy pokryte dachówkami tam, gdzie wielkoformatowe pokrycia słabo przymocowane do konstrukcji lądują całe u sąsiada albo nawet razem z więźbą, bo najsłabszym elementem dachu było połączenie murłaty z murem.

Fot. pixabay / minka2507
 

Polecamy też: Wiatry, dachy i pokrycia dachowe

Konstruowanie dachów – mocowanie dachówek

Po co zatem mocować dodatkowo dachówki, skoro są one ciężkie i to właśnie może wystarczyć? Ich klamrowanie na połaciach jest jak najbardziej wskazane. Zwiększamy wówczas graniczną siłę ssącą wiatru, która może podnieść dachówki, o siłę, jaką wytrzymają klamry.

Warto w aprobatach technicznych producentów dachówek czy akcesoriów dachowych sprawdzać siły zrywające tych elementów. A im więcej klamer na metrze kwadratowym pokrycia, tym większa odporność na ssanie wiatru. Zauważyć trzeba, że elementy te oraz samo połączenie ich z dachówkami także mają pewną elastyczność, a więc nadal zachodzi działanie klamrowanych dachówek jak zaworków bezpieczeństwa, tyle że dla większych sił ssących i w znacznie mniejszym zakresie ruchu.
 

Czytaj też: Jak zmiany klimatu wpływają na budynki i ich otoczenie?

Konstruowanie dachów – ruch dachówek

Zastanówmy się teraz, jaki ruch wykonuje pojedyncza dachówka, gdy unosi ją siła ssąca wiatru. Otóż podnosi się część dolna dachówki, a część górna, schowana pod następnym rzędem dachówek, cały czas opiera się o łatę. Działanie podobne do dźwigni jednoramiennej.

Miejsce podparcia to górna krawędź łaty, czyli łata to miejsce, gdzie jest „zawias”. Gdzie w takim razie trzeba przytrzymać dachówkę, aby się nie uniosła? Intuicja już podpowiada, że daleko od „zawiasu”, a podstawowa wiedza dotycząca działania dźwigni – siła razy ramię – tylko to potwierdza. Klamerka, która trzyma dachówkę „na zawiasie”, w zasadzie nie przeciwdziała jej unoszeniu przez ssanie wiatru. Należy zdecydowanie wybierać klamry, które trzymają dachówkę na dole.

Fot. 1. Klamra boczna do dachówki profilowanej betonowej

Konstruowanie dachów. Czynniki wpływające na mocowanie dachówek

Generalizując, można powiedzieć, że w większości przypadków na połaciach dachów dachówki mogą leżeć niemocowane. Mocowane są jedynie pewne konkretne dachówki: szczytowe, cięte w koszach i na grzbietach, cięte przy oknach połaciowych czy ścianach lukarn, albo kominach. I w zasadzie, jeśli chodzi o stosunkowo niedawną praktykę powszechną, to wszystko. Obecnie jednak dekarze raczej mocują dachówki w połaciach dachów, co wydaje się w świetle tematu niniejszego artykułu rozsądne i zasadne. Podejmując decyzję, jaką ilość ich przymocować, poruszają się trochę po omacku. Wpływ na mocowanie dachówek ma:

• kąt pochylenia połaci;
• wysokość budynku;
• obszar, fragment połaci dachu;
• rodzaj dachówki;
• rodzaj konstrukcji dachu ze względu na podatność na penetrację wiatru;
• i chyba najważniejsza rzecz – strefa wiatrowa, w jakiej znajduje się budynek, czyli przewidywane oddziaływanie sił wiatru, ale dodać tu też trzeba lokalne usytuowanie budynków.
   

Rys. 1 Schemat działania klamry bocznej do dachówek

Konstruowanie dachów – krytyczny kąt pochylenia

Bezwzględne zalecenie mocowania wszystkich dachówek na dachu występuje przy spadkach 65° i wyżej. Taki przypadek zachodzi na przykład na dachach mansardowych, poniżej przełamania połaci. Widuje się także budynki zaprojektowane w ten sposób, że dachówka układana jest na płaszczyznach pionowych. Ale to – 65° i więcej – w pewnym sensie jest przypadek szczególny. Mocuje się wtedy wszystkie dachówki i nie ma co dyskutować.

Fot. 2. Zasada mocowania dachówki klamrą boczną

Krytyczne obszary dachu i wysokość budynku

Wyróżnia się trzy obszary dachu – kolejno: narożnikowy, brzegowy oraz połaciowy. Obszar brzegowy i narożnikowy dla domów mieszkalnych określa się na podstawie poziomego rzutu połaci dachowej. Szerokość obszaru brzegowego (wyznaczającego także obszar narożników) wynosi 1/8 krótszego wymiaru boku na rzucie połaci dachowej, ale nie mniej niż 1 m. Obszary brzegowe nie przekraczają zazwyczaj 2 m. Obszary brzegowe o zwiększonej sile ssącej występują także dla elementów wystających ponad dach, takich jak kominy czy lukarny, jeśli ich wysokość przekracza 0,35 m, a ich szerokość przy połaci ma 0,5 m lub więcej. Obszar brzegowy dla tychże określa się jako wymiar równy ich dłuższemu wymiarowi, nie mniejszy jednak niż 1 m i nie większy niż 2 m.

Znaczenie mają także wysokość budynku, a dokładniej wysokość, na jakiej znajduje się kalenica, zakres kąta pochylenia połaci oraz rodzaj zastosowanej dachówki.

Konstrukcja wewnętrzna dachu

Wyjaśnienia wymagają jeszcze w tym miejscu typy wewnętrznej konstrukcji dachów, które inaczej reagują na wiatr. Konstrukcje otwarte to: poddasza nieużytkowe bez warstwy wstępnego krycia, dachy zawierające folię wstępnego krycia, ale niesklejoną na zakładach i nieusztywnioną warstwą izolacji termicznej, oraz wszystkie więźby z odsłoniętymi przestrzeniami stworzonymi przez słupy (np. ganki). Konstrukcje zamknięte natomiast to wszystkie poddasza użytkowe z nieprzepuszcza- jącą powietrza budową wewnętrzną, poddasza z warstwą folii wstępnego krycia zaklejoną na zakładach oraz z folią wstępnego krycia niesklejoną na zakładach, ale usztywnioną termoizolacją i zaopatrzoną w paroizolację. Dachy o wewnętrznej konstrukcji otwartej są bardziej wrażliwe na siły ssące wiatru.

Wiatr i strefy wiatrowe a konstruowanie dachów

Wśród wykonawców, dekarzy najczęściej dyskutowane są lokalizacje budynków i strefy wiatrowe. Na to nakładane są ewentualne zasady mocowania dachówek. Zatem dla dopełnienia tematu przypomnę, że, jeśli chodzi o strefy wiatrowe i oddziaływanie wiatru, można mówić o dwóch normach. Są to: PN-77/B-02011/Az1:2009 Obciążenia w obliczeniach statycznych. Obciążenie wiatrem i PN-EN 1991-1-4:2008 Eurokod 1. Oddziaływanie na konstrukcje. Część 1-4: Oddziaływanie ogólne. Oddziaływanie wiatru.

Zwracam uwagę, że obie normy mają nieco inaczej zdefiniowane strefy wiatrowe. Inne są też zasady obliczeń. I, co ważne – jak można znaleźć w szczegółowych opracowaniach – obliczenia wg PN-EN 1991-1-4:2008 są znacznie bardziej pracochłonne i wymagają większej ilości wariantów obliczeń niż wg PN-77/B-02011/Az1:2009. Jest jednak pewne „ale”. Jeśli konstruktorzy obliczają „ssanie” dachówek, to robią to zgodnie ze wskazaniami jednej lub drugiej normy, czy też według parametrów odpowiednich stref wiatrowych. Nie robią tego z pewnością zakładając F4/T8.

Konstruowanie dachów – ilość mocowanych dachówek

Zatem pozostaje rozwiać wątpliwości i podać jasne zasady dotyczące ilości mocowanych dachówek na metrze kwadratowym dachu. I tutaj zawiodę wszystkich, którzy myśleli, że dostaną prostą oraz konkretną odpowiedź na to ważne oczywiście pytanie. Odpowiedź na nie może podać jednak wiele osób w kraju. Są to projektanci, którzy, opierając się na wspomnianych normach i na podstawie konkretnych obliczeń dla konkretnego dachu z konkretną lokalizacją, wyznaczą potrzebną ewentualnie liczbę klamer na metrze kwadratowym dachu, znając ich wytrzymałość. Jest jeszcze dobra praktyka rzemieślnicza. Braas w swoich instrukcjach montażu podaje następującą informację dotyczącą właśnie mocowania dachówek. Brzmi ona tak: „Przy pochyleniu dachu powyżej 65° należy mocować mechanicznie każdą dachówkę. Na obszarach zagrożonych silnymi wiatrami i na dachach o niższych kątach pochylenia niż 65° zalecamy mocować co najmniej co trzecią dachówkę w każdym rzędzie, z przesunięciem
mocowania w lewo lub prawo w kolejnych rzędach. Jednak faktyczną ilość klamer mocujących określa projektant dla każdego dachu indywidualnie na podstawie stosowanych przepisów i wytrzymałości klamer Braas zawartych w aprobacie technicznej.”

Na przestrzeni lat nastąpiła wyraźna zmiana w podejściu do budowania i konstruowania dachów. Branża świadoma jest występujących nietypowych – choć nie wiem, czy to odpowiednie słowo – zjawisk pogodowych i szuka rozwiązań technicznych. Materiałami oraz konstrukcją bronimy na przykład domów i dachów przed wysokimi temperaturami. Bardzo byśmy chcieli, aby wszystko można było przewidzieć, zaplanować, policzyć. W wielu dziedzinach to się udało, przecież na poziomie genetycznym udoskonalamy naturę. Jednak nie udało nam się do tej pory okiełznać jej do tego stopnia, żeby mieć kontrolę nad pewnymi zjawiskami. Możemy tylko obserwować, wnioskować i przewidywać. Sejsmolodzy przewidują zachowania wulkanów, a meteorolodzy – pogodę. Zmiana klimatu to temat gorący, dotyczący wszystkiego. Dachów jednak
szczególnie. Zatem przyglądajmy się rozwiązaniom technicznym, szukajmy możliwości ulepszeń, dyskutujmy na łamach prasy i wprowadzajmy dobre praktyki.

Literatura

1. PN-77/B-02011/Az1:2009 Obciążenia w obliczeniach statycznych. Obciążenie wiatrem.
2. PN-EN 1991-1-4:2008 Eurokod 1. Oddziaływanie na konstrukcje. Część 1-4: Oddziaływanie ogólne. Oddziaływanie wiatru.
3. A. Żurański, M. Gaczek, Obciążenie wiatrem budynków w ujęciu normy PN-EN 1991-1-4:2008, „Inżynieria i Budownictwo” nr 9/2010.
4. E. Ratajczak, Obciążenie dachów wiatrem w świetle nowej normy, cz. 1, „Dachy” nr 5/2008.
5. E. Ratajczak, Obciążenie dachów wiatrem w świetle nowej normy, cz. 2, „Dachy” nr 7/2008.
6. A. Szymczak-Graczyk, Obciążenie wiatrem budynków, Acta Scientiarum Polonorum Architectura nr 10 (4) 2011.
7. Wikipedia – Tornado.
8. Wikipedia – Trąby powietrzne w Polsce.

Przemysław Spych – doradca techniczny Braas

Polecamy: Możliwe straty spowodowane w Polsce wichurami, trąbami powietrznymi i szkwałami