Połączenie jętka-krokiew

Jętki lub kleszcze to elementy, które pojawiają się w większości więźb dachowych. Stanowią ważny element konstrukcyjnego układu krokwiowo-jętkowego i płatwiowokleszczowego. Jak w wielu przypadkach, detal połączenia z krokwiami można rozwiązać na co najmniej kilka sposobów. Dość często zdarza się, że w przypadku awarii to nie sam przekrój jętki czy kleszczy jest niewystarczający, lecz zawodzi połączenie. W poniższym artykule chciałbym przedstawić kilka kwestii, na które warto zwrócić uwagę projektując lub wykonując połączenie tego typu.

Na wstępie chciałbym uspokoić wszystkich purystów językowych w zakresie ciesielstwa. Już po wstępie do artykuły można odnieść wrażenie, że pojęcia „jętki” i „kleszcze” są stosowane zamiennie. Tak oczywiście nie jest, są to podobne elementy, jednak pełniące różną rolę w konstrukcji więźby. Niniejszy artykuł nie ma na celu opisywania różnic między tymi elementami i poszczególnymi schematami statycznymi więźb. Dla uproszczenia można założyć, że z jętkami mamy do czynienia w przypadku konstrukcji krokwiowo-jętkowych (opartych wyłącznie na murłatach). Kleszcze to element bardziej skomplikowanego układu płatwiowo-kleszczowego (opartego na murłatach i ramach stolcowych). Kleszcze są z reguły elementami dwugałęziowymi i nie muszą obejmować każdej krokwi. Jętki są z reguły jednogałęziowe, choć nie jest to zasadą i dość często spotyka się je w wydaniu dwugałęziowym. Stąd często są mylone z kleszczami lub te pojęcia stosowane są zamiennie. Jak wspomniałem wyżej, tematem tego artykuły nie jest roztrząsanie różnic miedzy nimi. Opisywane alternatywne sposoby połączeń jętek z krokwiami, można w większości adaptować do połączeń kleszczy z krokwiami.

Nakładkowo czy doczołowo?

Z połączeniem nakładkowym mamy do czynienia, jeśli jętki i krokwie nie są współosiowe. Jętka swoją krawędzią przylega do boku krokwi. Połączenie wykonywane jest przy użyciu łączników trzpieniowych, czyli gwoździ, wkrętów lub śrub (zdj. 1).

Połączenie doczołowe występuje w sytuacji, gdy osie jętek i krokwi pokrywają się w rzucie. Oba łączone elementy powinny być tej samej szerokości, aby umożliwić ich wzajemne połączenie płytkami kolczastymi lub perforowanymi. Płytki kolczaste stosowane są do produkcji prefabrykowanych wiązarów dachowych i wymagają zastosowania pras do zagłębienia ich w drewnie (zdj. 2).

Z tego powodu ich montaż na budowie, z praktycznego punktu widzenia, jest bardzo utrudniony. Produkcją wiązarów kratowych zajmują się wyspecjalizowane w tym zakresie zakłady prefabrykacji. Na budowę dostarczany jest gotowy wiązar, więc sprawa jest rozwiązana. Jeśli z jakiegoś powodu takie połączenie trzeba wykonać na budowie, można skorzystać z perforowanych płytek, które montuje się przy użyciu systemowych gwoździ pierścieniowych (CNA4,0) lub wkrętów ciesielskich (CSA5,0) (Zdj. 3).

Problem z połączeniem doczołowym polega na konieczności bardzo dokładnego docięcia jętki, aby elementy ściśle do siebie przylegały. W przypadku prefabrykowanych wiązarów i cięcia na maszynach CNC nie stanowi to żadnego problemu. W warunkach cięcia na budowie wymaga to bardzo dużej precyzji. Z praktycznego punktu widzenia preferowane są połączenia nakładkowe. Pozawalają one stosować proste i tanie rozwiązania.

Połączenia nakładkowe – gwoździe i wkręty ciesielskie

Obecnie dużą popularnością cieszą się połączenia z użyciem wkrętów ciesielskich (ESCR). Ich popularność wynika przede wszystkim z prostoty i szybkości zastosowania takiego rozwiązania. Aby poprawnie wykonać to połączenie należy zwrócić uwagę na minimalne odległości łączników od krawędzi łączonych elementów i końca jętki. Są to wartości normowe, podane w normie Eurokod 5, w tabelach 8.2 lub 8.4, w zależności od średnicy stosowanych wkrętów. Z uwagi na warunki brzegowe, wkrętów nie należy rozmieszczać dowolnie. Dobrą praktyką jest rozmieszczenie wkrętów symetrycznie względem punktu przecięcia się osi obu elementów. Dość często zdarza się bardzo przypadkowe rozmieszczenie łączników.

Na zdjęciu 4 przedstawiono schematycznie zasady, jakimi należy się kierować rozmieszczając wkręty w połączeniu tego typu. Linie niebieskie – osie elementów. Linia zielona – minimalna odległość od dolnej krawędzi krokwi. Linie czerwone – minimalne odległości od krawędzi i końca jętki.

Takie połączenia świetnie sprawdzają się w przypadku małych jętek, na przykład tzw. grzęd, czyli jętek podpierających belkę kalenicową (zdj. 5).

Połączenie z użyciem wkrętów ciesielskich to rozwiązanie szybkie w montażu, ale ma jedno podstawowe ograniczenie, jest nim nośność połączenia. Jeżeli to połączenie wymaga dużej nośności, to zastosowanie wkrętów ciesielskich może być niemożliwe. Pole nakładania się elementów jest dodatkowo ograniczone powyżej wymienionymi warunkami brzegowymi. Przy większej ilości wkrętów obowiązuje nas także przestrzeganie minimalnych ich rozstawów. Minimalne rozstawy łączników podają te same, wyżej wymienione tabele. Newralgiczny z reguły jest się warunek minimalnego rozstawu wzdłuż włókien drewna. W praktyce może się okazać, że nie jesteśmy w stanie „zmieścić” wystarczającej ilości wkrętów do zapewnienia odpowiedniej nośności połączenia. Ma to zwykle miejsce, gdy jętki mają pełnić rolę belek stropowych poddasza lub strychu. Jak wtedy wykonać to połączenie? Zastosować łączniki o większej nośności.

Połączenia śrubowe

Jest to połączenie, co do zasady, bardzo podobne jak połączenie z zastosowaniem wkrętów ciesielskich. Podstawową różnicą jest konieczność nawiercania otworów przed montażem śrub. Podobnie jak wcześniej, obowiązują podobne zasady co do minimalnych rozstawów łączników i odległości od krawędzi jętki i krokwi (Eurokod 5 tabela 8.4).
Na zdjęciu 6 przedstawione jest dość niefortunne rozmieszczenie śrub w połączeniu. Niespełniony jest wymóg minimalnej odległości śruby do końca jętki, liczonej wzdłuż włókien. Dodatkowo śruby są rozmieszczone wzdłuż tej samej linii włókien krokwi. Dobrą praktyką jest unikanie takich rozwiązań. Mogą one prowadzić do rozwarstwień drewna, zwłaszcza w przypadku stosowania mokrej tarcicy.

Nośności połączeń śrubowych są zdecydowanie większe od tych z zastosowaniem wkrętów. Elementem, który może dodatkowo zwiększyć nośność połączenia śrubowego, jest pierścień zębaty Bulldog. W połączeniach elementów drewnianych pierścienie montuje się pomiędzy łączonymi drewnianymi elementami. W otwór w pierścieniu wkłada się śrubę ściągającą. Skręcanie śruby powoduje zagłębienie się zębów pierścienia w drewnie i połączenie obu elementów (zdj. 7).

Pierścienie Bulldog są złączami o bardzo dobrym stosunku ceny do nośności. Dzięki temu zastosowanie nawet najmniejszych rozmiarów w znacznym stopniu zwiększa nośność połączenia. Część wykonawców stosuje pierścienie w celu redukcji ilości śrub w połączeniu. Jest to możliwe dzięki bardzo dużym nośnościom pierścieni. Tabela 1 przedstawia przykładowe nośności czystych połączeń śrubowych, a także takich wzmocnionych pierścieniami.

Jak widać, zastosowanie najmniejszego choćby pierścienia o średnicy 50 mm zwiększa nośność nawet dwukrotnie. Wzrost nośności jest jeszcze większy w przypadku pierścienia o większych średnicach. W ekstremalnym przypadku pierścienia o średnicy 117 mm i śruby M10 uzyskujemy nośność pięciokrotnie wyższą niż połączenia samą śrubą. Takie różnice pozwalają zastępować np. połączenia składające się z czterech śrub połączeniami z jedną śrubą wzmocnioną pierścieniem Bulldog (zdj. 8).

Podobnie jak w poprzednich rozwiązaniach, zobowiązani jesteśmy przestrzegać minimalnych normowych odległości od krawędzi (w przypadku pierścieni – Eurokod 5 tabela 8.8). Pisząc o połączeniach śrubowych warto wspomnieć o niebezpiecznym, a niestety coraz częściej obserwowanym zjawisku. Mowa o sytuacjach, gdy wykonawca na własną rękę podejmuje decyzję o zastąpieniu zaprojektowanych śrub wkrętami ciesielskimi. Zdarzają się awarie, na których w skutek takiej decyzji dwie śruby M12 zostają zastąpione dwoma wkrętami o średnicy 8 mm. Szacuję, że w wyniku tej zamiany nośność takiego połączenia została zredukowana 3-4-krotnie. Jest to bardzo niebezpieczne zjawisko, zwłaszcza w przypadku jętek stanowiących belki strychu. Kolejną kwestią jest mieszanie typów łączników w połączeniu. Chodzi o jednoczesne stosowanie wkrętów i śrub (zdj. 9).

Część wykonawców tymczasowo łączy jętkę z krokwiami na czas wiercenia i montażu śrub. Jest to jak najbardziej poprawne rozwiązanie, które znacznie ułatwia wykonanie docelowego połączenia. Tymczasowe wkręty powinno się następnie usunąć, bo pierwsze, nie mogą być one traktowane jako równorzędny łącznik ze śrubą. Niebezpieczną sytuacją jest pozostawienie wkrętu i traktowanie go jako substytut jednej z zaprojektowanych śrub w połączeniu. Prowadzi to do redukcji nośności wykonanego połączenia w stosunku do oryginalnie zaprojektowanego. Generalnie nie powinno stosować się w połączeniu łączników różnych typów. Wynika to z ich odmiennej podatności i faktu, że pod wpływem obciążenia nie pracują one w tym samym momencie. Zamiast pracować równolegle, połączenie niszczy się szeregowo.

Połączenia płytkami perforowanymi

Jak wspomniałem na początku artykułu, połączenia z użyciem płytek perforowanych są jak najbardziej poprawne, ale niewygodne z wykonawczego punktu widzenia. Aby poprawnie i ekonomicznie wykonać połączenie tego typu, należy również przestrzegać kilku podstawowych zasad. Po pierwsze, płytki powinny być montowane parami, po obu stronach łączonych elementów. Zapobiega to tworzeniu się mimośrodu i wprowadzaniu do połączenia dodatkowych obciążeń. Gwoździując płytki w obu elementach (jętce i krokwi), ilości wbijanych gwoździ powinny być równe w jednym i drugim elemencie. Należy dążyć do takich układów wbijanych gwoździ, aby środek ciężkości grupy gwoździ przechodził przez oś elementu drewnianego. Na zdjęciu 10 przedstawione jest przykładowe połączenie płytkami perforowanymi. Najczęstszym błędem przy tego typu połączeniach jest nieprzestrzeganie minimalnych odległości łączników od krawędzi drewnianych elementów. Przy okazji tego połączenia warto wspomnieć o tych zasadach, które obowiązują do wszelkich połączeń z użyciem złączy ciesielskich i systemowych gwoździ pierścieniowych. Wartości te określa norma Eurokod 5 (pkt. 8.3.1.4) i są one zależne od średnicy stosowanego łącznika. W przypadku systemowych gwoździ pierścieniowych (CNA) wynosi ona 4mm.

Minimalne odległości gwoździ od końca i boku elementu drewnianego:

• odległość gwoździa od nieobciążonego końca elementu a3,c = 10d = 10 x 4 = 4 0mm
• odległość gwoździa od obciążonego końca elementu a3,t = 15d = 15 x 4 = 60 mm (zdj. 10)
• odległość gwoździa od nieobciążonego boku elementu a4,c = 5d = 5 x 4 = 20 mm (zdj. 10)
• odległość gwoździa od obciążonego boku elementu a4,t = 7d = 7 x 4 = 28 mm (zdj. 10)

Poza zapewnieniem minimalnych odległości od krawędzi, należy w płytkach rozmieszczać łączniki w taki sposób, aby nie zostały przekroczone minimalne rozstawy wzdłuż i w poprzek włókien.

Minimalne rozstawy gwoździ:

• rozstaw gwoździ w szeregu wzdłuż włókien a1 = 0,7 x 10d = 0,7 x 10 x 4 = 28 mm
• rozstaw gwoździ w szeregu w poprzek włókien a2 = 0,7 x 5d = 0,7 x 5 x 4 = 14 mm

Podsumowując, połączenie jętki (lub kleszczy) z krokwią można wykonać na wiele sposobów. Nośności tych rozwiązań mogą się znacznie od siebie różnić. Rozmieszczenia łączników w połączeniu nie można pozostawić przypadkowi. Rozwiązanie stosowane na grzędzie niekoniecznie sprawdzi się w przypadku jętki stanowiącej strop poddasza. Należy pamiętać o przestrzeganiu minimalnych normowych odległości od krawędzi elementów drewnianych i rozstawów łączników. W artykule nie wspomniałem o bardzo dobrych tradycyjnych połączeniach ciesielskich, bo jest to tak obszerny temat, że zasługuje na oddzielny artykuł. Choć połączenie jętki z krokwią jest na tyle proste, że można sobie poradzić bez pracochłonnych tradycyjnych rozwiązań.

W razie pytań dotyczących konstrukcji drewnianych i sposobów łączenia ich poszczególnych elementów, 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