Każda technologia budownictwa obejmuje zasady nazywane dobrymi praktykami. Poza spełnieniem wymagań nośności, zapewniają także łatwość wykonana i ekonomie zużycia materiałów budowlanych. Projektowanie i budowę drewnianych domów szkieletowych można także przeprowadzić w zgodzie z dobrymi praktykami tej technologii. Ogólne zasady konstruowania ścian szkieletowych są właśnie takimi zasadami. Opierają się one o lata doświadczeń projektantów i wykonawców. Warto się z nimi zapoznać szczególnie wtedy, gdy nie mamy wiele praktyki przy tego typu konstrukcjach, aby uniknąć wyważania otwartych drzwi.
Zdj. 1 Konstrukcja drewnianego domu szkieletowego
Zasady konstruowania w dużej mierze opierają się na dobry praktykach technologii tworzonych na podstawie doświadczenia specjalistów w danej dziedzinie. Nie zawsze są to spisane reguły, częściej jest to wiedza zdobywana od bardziej doświadczonych projektantów lub wykonawców. Niniejszy artykuł prezentuje typowe rozwiązania w zakresie konstruowania drewnianych ścian szkieletowych. Nie oznacza to, że należy te rozwiązania traktować jako jedyną słuszną ścieżkę postępowania. Istnieje wiele innych dobrych rozwiązań tych samych detali konstrukcyjnych.
Ściany szkieletowe – stopień prefabrykacji
Prefabrykacja nieodłącznie wiąże się z konstrukcjami szkieletowymi. Coraz więcej w ostatnich latach widzi się domów szkieletowych wznoszonych w formie prefabrykowanej. Stopni prefabrykacji ścian szkieletowych jest prawdopodobnie tyle, ile jest firm prefabrykujących, ponieważ od możliwości produkcyjnych i zaawansowania linii w zakładzie prefabrykacji zależy jej poziom. Niemniej jednak można wyróżnić cztery ogólne stopnie prefabrykacji.
- Brak prefabrykacji – materiały są dostarczane na budowę i cały proces budowlany odbywa się w miejscu.
- Prefabrykacja panelowa otwarta – w zakładzie prefabrykacji przygotowuje się tylko konstrukcje poszczególnych ścian (szkielet) wraz z jednostronną płytą poszycia. Takie prefabrykaty są dostarczane na budowę, dalsze prace wykonywane są na miejscu.
- Prefabrykacja panelowa zamknięta – ściany prefabrykuje się w najwyższym możliwym stopniu, na jaki pozwala na linia prefabrykacyjna. Mowa tu o izolacji, instalacjach, wszelkich warstwach wykończenia, stolarce itp. Na budowie zestawia i łączy się przegrody budynku dostarczane w formie paneli.
- Prefabrykacja modułowa – w zakładzie prefabrykacji wykonuje się gotowe pomieszczenia składające się z dwóch stropów i ścian. Moduł w formie prostopadłościanu dostarczany jest na budowę i łączony z innymi modułami tworząc budynek. Prefabrykacja modułowa pozwala na wykańczanie pomieszczeń „pod klucz” lub nawet transport z wyposażeniem, np. meblami w zabudowie.
Wysoki stopień prefabrykacji ma oczywiste zalety: szybkość montażu i realizacji obiektu, brak ekspozycji na zewnętrzne warunki pogodowe, wysoka precyzja wykonania. Wadami są duże nakłady na specjalistyczny sprzęt i infrastrukturę zakładu i konieczność przygotowania bardzo szczegółowej dokumentacji warsztatowej. Warto zdawać sobie sprawę, że ze stopnia prefabrykacji konstrukcji wynikają także rozwiązania konstrukcyjne. Pewnym utrudnieniem w przypadku prefabrykacji zamkniętej jest ograniczony dostęp do warstwy nośnej ściany (szkielet drewniany). Może to powodować konieczność zastosowania innych rozwiązań w zakresie konstrukcji, instalacji, elementów wykończeniowych, niż w przypadku prefabrykacji otwartej lub wznoszenia na placu budowy.
Ściany szkieletowe – podział z uwagi na ich funkcję
Ściany wewnętrzne budynków można podzielić na ściany konstrukcyjne i niekonstrukcyjne. Ściany konstrukcyjne możemy podzielić z kolei na dwie podgrupy ze względu na pełnione funkcje: ściany nośne i ściany usztywniające. Ściany nośne, w rozumieniu budynków szkieletowych, to te, które przenoszą obciążenia pionowe, tj. ciężar własny, obciążenia użytkowe itp. Funkcją ścian usztywniających jest przenoszenie obciążeń poziomych, pochodzących od oddziaływania wiatru bądź efektów sejsmicznych, na niższe kondygnacje lub fundament w przypadku ścian parteru. Naturalnie mogą pojawiać się ściany, które będą pełniły obie z tych funkcji – nośną i usztywniającą, czyli zostały przewidziane do przenoszenia obciążeń zarówno pionowych jak i poziomych. Ściany niekonstrukcyjne to w większości ściany działowe, czyli przegrody wydzielające w przestrzeni budynku poszczególne pomieszczenia. Na zdjęciu 2 przedstawiono przykładowy podział na opisane wyżej ściany. Zielona oś obrazuje kierunek układu belek stropowych nad ścianami przedstawionej kondygnacji.
Zdj. 2. Ściany szkieletowe. Przykład podziału ścian z uwagi na funkcję nośną i usztywniającą
Podział zaznaczonych ścian z uwagi na pełnione funkcje może być następujący. Obie ściany A i B, o układzie prostopadłym względem belek stropowych, będą pełnić rolę nośną. Ale funkcję usztywniającą może pełnić już tylko jedna z nich, na przykład ściana A. O tym, czy dana ściana jest ścianą usztywniającą decyduje sposób jej poszycia i rodzaj zakotwienia w fundamencie, o czym za chwilę. Ściany C i D równoległe do belek stropowych nie muszą być nośne, ale mogą pełnić rolę usztywniających. Jak wynika z powyższego, w domu szkieletowym możemy mieć do czynienia ze ścianą nienośną, która jednak będzie pełnić rolę usztywniającą. Formalnie rzecz biorąc, można by te ściany nazwać również nośnymi. Stosuje się jednak rozróżnienie w opisie nośna/usztywniająca, aby zaznaczyć jakie obciążenia pionowe/poziome ma ona przenosić.
W przypadku ścian usztywniających wymagane jest zastosowanie, do ich połączenia z fundamentem, specjalnych złączy kotwiących. Złącza kotwiące dość często mylone są ze standardowymi kątownikami. Wynika to z faktu, że część z nich faktycznie ma formę kątownika nierównoramiennego. Złącza kotwiące, w przeciwieństwie do zwykłych kątowników, zaprojektowane są w jednym celu – do przenoszenia dużych sił podrywających skierowanych do góry. Z tego powodu w dolnym ramieniu znajduje się otwór do wykorzystania na kotwienie mechaniczne lub chemiczne. Górne ramię jest wykonane w taki sposób, aby można było wbić w słupek ściany maksymalnie dużo gwoździ. Dzięki takiej budowie jedno złącze kotwiące może przenieść siłę podrywającą o wartości 20-40 kN (2-4 tony). Oczywiście istnieje wiele typów i rozmiarów złączy kotwiących, najbardziej popularne przedstawione są na zdjęciu 3. W przypadku ścian o pełnej prefabrykacji stosowane są dwuczęściowe złącza kotwiące (zdj. 4). Umożliwiają one zakotwienie ściany do fundamentu bez problematycznego otwierania ściany na budowie.
Zdj. 3. Przykłady złączy kotwiących: HTT, AKR, AH
Zdj. 4. Dwuczęściowe złącze kotwiące stosowane w przypadku ścian w pełni prefabrykowanych
Polecamy również:
Ciągła Ścieżka Obciążenia i jej znaczenie dla konstrukcji budynków szkieletowych
Wymiarowanie połączenia krokiew-murłata w przypadku dachów rozporowych
Konstrukcja ściany szkieletowej
Zdj. 5. Elementy składowe konstrukcji ściany szkieletowej
Słupek standardowy – jest to główny element konstrukcyjny ściany. W Polsce nie są ustandaryzowane wymiary przekroju poprzecznego słupków. Z reguły stosowane są słupki o szerokości od 45 do 80 mm. Wysokość przekroju zależy w dużej mierze od grubości izolacji, jaką planujemy zmieścić w ścianie, co wpływa na parametry izolacyjne przegrody. Ściany zewnętrzne mają z reguły grubość od 140 do nawet 300 mm. Ściany wewnętrzne wykonuje się z przekrojów o mniejszych wysokościach z uwagi na brak wymagań termicznych. Izolacja pełni tam jedynie funkcję izolatora akustycznego. Bardzo ważną regułą pozwalającą na minimalizację odpadu i przyspieszenie wznoszenia konstrukcji obiektu, jest dobieranie rozstawu słupków do szerokości stosowanych płyt poszycia. Na zdjęciu 6 przedstawiono typowe rozstawy słupków poszywanych płytą OSB o szerokości 1250 mm. Dodatkowe kilka milimetrów w rozstawie wynika z konieczności zachowania szczeliny pomiędzy krawędziami sąsiadujących płyt. Jeżeli stosowane są inne płyty poszycia, rozstaw słupków należy dostosować do ich modułu szerokości.
Zdj. 6. Ściany szkieletowe. Typowe rozstawy słupków dostosowane do szerokości płyt poszycia
Słupki zwielokrotnione – pojawiają się w konstrukcji ściany jako dodatkowe słupki poza standardowymi. Ich rolą jest zapewnienie podparcia dla elementów stopu generujących duże siły skupione (wymiany, podciągi). Ich przekrój tworzą z reguły te same elementy, co słupki standardowe zestawione w pakiet kilku słupków. Ilość wymaganych słupków jest wyznaczana przez projektanta konstrukcji.
Słupki okienne/drzwiowe – są to słupki, które pojawiają się przy otworach okiennych lub drzwiowych. Mają za zadanie stworzyć konstrukcję nośną otworu. Sposobów formowania tego fragmentu ściany jest wiele. Typowym jest zastosowanie słupka pełnego, słupka podpierającego nadproże i słupka podokiennego.
Podwaliny – podwalina to element z reguły tego samego przekroju, co słupek leżący na fundamencie lub stropie, stanowiący dolną krawędź ściany. Często dla ścian parteru stosuje się podwójne podwaliny. Pierwsza z nich (podwalina montażowa) montowana jest do fundamentu i jej głównym zadaniem jest wypoziomowanie powierzchni pod ściany i wyznaczenie ich pozycji. W związku z tym, że to podwalina montażowa jest najbardziej narażona na wilgoć, jest ona często dodatkowo impregnowana. Druga podwalina nazywana też pasem dolnym jest fragmentem prefabrykowanej ściany pozwalającym połączyć słupki w element wysyłkowy.
Oczepy – To poziome elementu na górnej krawędzi ściany. Bardzo często stosuje się podwójne oczepy. Pierwszy oczep (pas górny) jest elementem składowym ściany jako prefabrykatu. Dodatkowy oczep montowany na budowie ma na celu dodatkowe powiązanie górnej krawędzi łączonych ścian (zdj. 7). Podwójny oczep może pełnić także inną funkcję. Jeśli belki stropowe nie pokrywają się ze słupkami ściany, zdwojony oczep musi pełnić rolę belki zginanej przenoszącej obciążenia na słupki.
Zdj. 7. Sposób łączenia górnej krawędzi ścian dodatkowym oczepem (Źródło: Dietrich’s)
Przewiązki – są to poziome elementy pomiędzy sąsiadującymi słupkami. Przewiązki mogą pełnić kilka ról, jednakże z reguły stosuje się je dla podparcia krawędzi płyty poszycia. Taka konieczność zachodzi, gdy wysokość kondygnacji jest na tyle duża, że pojedynczy arkusz płyty poszycia nie sięga od podwaliny do oczepu. Wtedy na wysokości ściany pojawia się dodatkowa krawędź, którą należy podeprzeć stosując przewiązki.
Połączenia poszczególnych ścian
Ściany szkieletowe tworzące elementy wysyłkowe, na budowie należy ze sobą połączyć. Najczęstszymi połączeniami są połączenia typu „L” w narożach i typu „T” na skrzyżowaniu ściany zewnętrznej i wewnętrznej. Istnieje wiele sposobów konstruowania detali połączeń ścian danej kondygnacji. Wybór konkretnego połączenia bardzo często wynika z stopnia prefabrykacji i możliwości dostępu montażysty do słupków szkieletu. Zdarza się, że celowo pozostawia się ściany szkieletowe niewykończone w miejscach, w których łączą się one z innymi ścianami. Kilka typowych rozwiązań połączeń L i T przedstawiono na zdjęciach 8 i 9.
Zdj. 8. Typowe połączenia typu L ścian jednej kondygnacji
Zdj. 9. Typowe połączenia typu T ścian jednej kondygnacji
Podsumowując opisane w powyższym artykule dobre praktyki konstruowania ścian szkieletowych, trzeba je traktować jako zalecenia, a nie wymagania. Samo przestrzeganie tych zasad nie gwarantuje jeszcze, że konstrukcja będzie poprawnie zaprojektowana i wykonana. Zasady konstruowania można wykorzystać do wstępnych założeń i dalej analizować obliczeniowo.
W razie pytań dotyczących projektowania lub wznoszenia budynków szkieletowych, zachęcamy do kontaktu z inżynierami z działu wsparcia technicznego Simpson Strong-Tie. Z chęcią podzielimy się z Państwem wiedzą i doświadczeniami naszymi i naszej firmy.
Tel: 22 865 22 00
e-mail: poland@strongtie.com
mgr inż. Tomasz Szczesiak
mgr inż. Rafał Roszczyc
