Oparcie krokwi na murłacie w dachu rozporowym

Połączenie krokiew-murłata to temat kilkukrotnie omawiany w FD&C. Uważam jednak, że warto do niego regularnie wracać, ponieważ jest to bardzo odpowiedzialne połączenie. Niestety każdego roku zdarzają się awarie więźb będące skutkiem jego błędnego wykonania. W tym artykule chciałbym zwrócić uwagę jak istotne jest odpowiednie połączenie krokwi z murłatą, szczególnie w przypadku dachów rozporowych.

Dach rozporowy, czyli jaki?

W przypadku więźby dachowej, przez rozpór rozumie się poziomą siłę, o zwrocie na zewnątrz budynku, oddziaływującą na podporę więźby (murłatę) wywołaną obciążeniem pionowym. Z rozporem mamy do czynienia także w przypadku łuków, kopuł i sklepień. Siły poziome na podporach więźby mogą mieć różne pochodzenie, mogą być na przykład skutkiem poziomego oddziaływania wiatru. Żeby mówić o rozporze siła pozioma na podporze (murłacie) musi być wynikiem pionowych obciążeń (np. śniegu, ciężaru własnego). Aby zrozumieć jak działa rozpór i w jaki sposób pionowe obciążenia wywołują poziome oddziaływanie na podpory, można wykonać prosty eksperyment. Otwartą książkę w twardej okładce wystarczy postawić na stole na dwóch krawędziach i nacisnąć grzbiet palcem. Krawędzie rozjadą się po stole, rozwierając książkę. Jest to najprostszy sposób zrozumienia w jaki sposób działa rozpór w przypadku dachu krokwiowego. Więźby dachowe można podzielić na rozporowe i nierozporowe, ze względu na zastosowany schemat konstrukcyjny. Granica między tymi dwoma grupami jest umowna. Osobiście, za dach rozporowy uważam konstrukcję przekazującą z krokwi na murłatę siłę większą niż ok 5 kN (~500 kg). Wynika to z faktu, że kilka kiloniutonów jest obciążeniem, które jest jeszcze w stanie przenieść z krokwi na murłatę stosowany często w tym połączeniu typowy wkręt ciesielski. Dachy generujące na podporze siły poziome w przedziale 5-10 kN (~500-1000 kg) nazywam dachami o średnim rozporze. Więźby dachowe o rozporach powyżej 10 kN (~1 tona) klasyfikuję jako konstrukcje o dużym rozporze. Oczywiście jest to tylko umowna i bardzo subiektywna klasyfikacja.

Wartość siły rozporu dachu zależy od wielu czynników, jak schemat statyczny, nachylenie połaci, ciężar pokrycia, wartości obciążeń zewnętrznych (np. śniegu). Załóżmy, że wyeliminujemy wszelkie zmienne, jak nachylenie, obciążenie, poza schematem konstrukcyjnym. Możemy teraz sprawdzić na przykładzie dwóch bardzo popularnych układów więźb dachowych jakie reakcje podporowe generują dwa najpopularniejsze schematy: krokwiowo-jętkowy i płatwiowo-kleszczowy (zdj. 2). Oba dachy mają to samo obciążenie, rozpiętość, rozstaw, geometrię zewnętrzną, jętki /kleszcze są na tej samej wysokości itd. Różnica polega na schemacie konstrukcyjnym i sposobie podparcia.

W przypadku dachu krokwiowo-jętkowego wszelkie obciążenia pionowe i poziome przekazywane są z więźby na murłaty. Dach płatwiowo- kleszczowy ma dodatkowe podpory w postaci płatwi i słupów. Dzięki temu obciążenie rozkłada się na większą ilość podpór. W rzeczywistości to właśnie słupy przejmują większość obciążenia pionowego z dachu. Dach krokwiowo-jętkowy podobnie jak czysty dach krokwiowy przekazuje na murłaty duże siły rozporu. W przypadku konstrukcji płatwiowo-kleszczowej i dzięki zastosowaniu podparcia w czterech punktach, wiązar praktycznie nie wykazuje rozporów. Na zdjęciu 3 widoczne są schematy statyczne obu konstrukcji i wartości sił pionowych i poziomych przekazywanych z krokwi na murłaty.

Więźba płatwiowo-kleszczowa (B) praktycznie nie generuje sił poziomych (1 kN), obciążenia pionowe także są znikome z uwagi na przejęcie większości obciążenia przez słupy podpierające płatwie. Obciążenia przekazywane z krokwi na murłatę są bardzo małe, więc takie połączenie można wykonać przez wkręcenie wkrętu ciesielskiego, przez krokiew w murłatę. W przypadku wiązara krokwiowo-jętkowego (A) pojawia się bardzo duży rozpór na poziomie 17,5 kN. Jest to obciążenie kilkukrotnie przekraczające nośność połączenia z użyciem wkrętu ciesielskiego. Niestety część wykonawców nie zauważa tego problemu i w takich przypadkach bardzo często dochodzi do awarii dachu będącej skutkiem niedostatecznej nośności tego połączenia (zdj. 4). Przykłady takich awarii opisywane były w FD&C już kilkukrotnie.

Jak łączyć krokiew z murłatą w przypadku dachów rozporowych?

W przypadku dachów o średnich rozporach, połączenie można wykonać wykorzystując kątowniki wzmocnione z serii ABR Strong (zdj. 5).

Jest to bardzo uniwersalne połączenie i w przypadku rozporów do ok. 10 kN jest bardzo dobrym rozwiązaniem. Niestety nie zawsze jest możliwość zastosowania tego złącza z uwagi na geometrię połączenia krokiew-murłata. W przypadku dachów stromych o niedużych zaciosach, może pojawić się problem z wbiciem wszystkich gwoździ w kątownik. Dodatkowo należy pamiętać o zachowaniu normowych odległości gwoździ od krawędzi elementu drewnianego. W przypadku tego połączenia stosowane są gwoździe CNA o średnicy 4 mm i należy zachować „minimalną odległość od obciążonego boku elementu” równą według normy Eurokod 5 a4,t = 7d = 7 x 4 = 28mm (zdj. 6). Na zdjęciu pokazana jest geometria połączenia krokwi o wysokości 160 mm, nachyleniu 45 stopni, zaciosie 1/3 h i murłaty 140 x 140 mm.

Dwa gwoździe nie spełniają minimalnej odległości i z tego powodu nie powinny być wbijane. W związku z tym, takie połączenie nie uzyska pełne nośności deklarowanej przez producenta. Projektując i wykonując takie rozwiązania należy zwracać uwagę na zachowanie normowych odległości minimalnych. Jeżeli zastosowanie kątowników z uwagi na geometrię połączenia jest niemożliwe, należy zastosować inne rozwiązanie.

Połączenie w przypadku dużych sił rozporu

Jeżeli kątowniki z uwagi na ograniczoną nośność lub specyfikę geometrii połączenia nie mogą być zastosowane, należy sięgnąć po złącza przeznaczone do przenoszenia dużych sił rozporu. Są to złącza grupy SFH / SFHM (zdj. 7, 8), które uzyskują nośności obliczeniowe od 15 do nawet 40 kN.

Nośności zależą od wariantu złącza i zastosowanych łączników. Systemowymi łącznikami są gwoździe pierścieniowe CNA4,0. Można zastosować gwoździe o różnych długościach, więc mamy możliwość dostosowania nośności całego połączenia do potrzeb konkretnej konstrukcji. Zastosowanie tych złączy poza zapewnieniem bardzo dużej nośności daje dodatkową korzyść. Wbicie gwoździ przez płytkę złącza w całą szerokość murłaty ogranicza rozwieranie się pęknięć w osi murłaty będących skutkiem skurczu drewna w czasie wysychania. Na zmniejszenie ryzyka pękania murłaty pozytywnie wpływa też fakt przenoszenia sił rozporu grupą gwoździ na cały przekrój murłaty. Rozwiązanie z użyciem wkrętów ciesielskich przekazuje rozpór w formie siły skupionej, rozłupującej murłatę w osi. Efekt ten kumuluje się z pękaniem murłaty w skutek skurczu. W efekcie większość murłat ma charakterystyczne zarysowania i pęknięcia w osi na dużej części swojej długości (zdj. 9).

Jak widać na przykładzie przedstawionych zdjęć i schematów, kwestia połączenia krokwi z murłatą jest bardziej złożona niż można by na pierwszy rzut oka sądzić. Zwracam uwagę na ryzyko jakie z sobą niesie bagatelizowanie zagadnienia tych połączeń szczególnie w przypadku dachów rozporowych. Z drugiej strony wykonawca powinien być szczególnie wyczulony na tę kwestię i nie ulegać pokusie kopiowania rozwiązań z pozornie podobnych dachów. Jak widać na przykładzie dwóch przytoczonych w artykule identycznych co do gabarytów zewnętrznych dachów, siły z którymi przyjdzie nam się mierzyć w połączeniach mogą być skrajnie różne. Czujność powinny szczególnie wzbudzić dachy krokwiowe i krokwiowo-jętkowe, bo to te schematy statyczne generują największe siły rozporu. Osobną kwestią jest zabezpieczenie murłaty przed rozwarstwieniem i obrotem w skutek rozporu, ale to już temat na osobny artykuł. Siły w połączeniu krokiew-murłata przedstawione w tym artykule są wartościami jedynie poglądowymi. W przypadku konkretnych więźb należy odwołać się do wyników obliczeń statycznych umieszczonych w dokumentacji projektowej.

W razie pytań dotyczących sposobów łączenia krokwi z murłatą, poprawności wykonania lub sposobów montażu złączy ciesielskich 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
Kierownik techniczny oddziału Simpson Strong-Tie