Zasady konstruowania ścian szkieletowych
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.
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.
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 możliwy stopniu, na jaki pozwala dana 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, takie jak 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.
Konstrukcja platformowa czy balonowa?
Platformowy układ konstrukcyjny jest najczęściej stosowany i jest to naturalny i logiczny sposób wznoszenia budynku składającego się z kilku kondygnacji. W przypadku konstrukcji szkieletowej polega ona na wznoszeniu ścian pierwszej kondygnacji, następnie układaniu na niej konstrukcji stropu i dalej naprzemiennie w zależności od ilości przewidzianych kondygnacji. Co charakterystyczne, w tym układzie belki stropowe przerywają ciągłość słupków ścian. W konsekwencji słupki poszczególnych pięter mają wysokość danej kondygnacji. Przeciwieństwem tej metody wznoszenia jest układ balonowy. W tych schemacie konstrukcyjnym słupki są ciągłe od podwaliny pierwszej kondygnacji do oczepu najwyższego piętra. Belki stropowe nie przecinają ciągłości słupków, ale są z nimi odpowiednio połączone (zdj. 2).
Układ platformowy pozwala na łatwą prefabrykację i transport prefabrykatów poszczególnych kondygnacji. Ten sposób wznoszenia jest też łatwiejszy i bezpieczniejszy. Układ balonowy w praktyce ma tylko jedną znaczącą przewagę nad konstrukcją platformową. Pozwala na przekazanie pewnych wartości sił poziomych, wynikających z rozporu z konstrukcji dachu, na strop oraz fundament. Konstrukcje platformowe nieusztywnione innymi ścianami poprzecznymi nie są w stanie przenieść znaczących sił poziomych z więźby dachowej. Wynika to z nieciągłości słupków i pojawiających się przegubów na styku ze ścian ze stropem (zdj. 3).
Trudności z prefabrykacją układów balonowych sprawiają, że w praktyce, przy stosowaniu wysokiego stopnia prefabrykacji, są one bardzo rzadko stosowane.
Podział ścian z uwagi na jej funkcję
Ściany wewnętrzne budynków można podzielić na ściany konstrukcyjne i niekonstrukcyjne. Ściany konstrukcyjne możemy podzielić z kolei na dwie podgrupy ze względu na pełnione funkcję: 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 poniższe 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 rysunku 4 przedstawiono przykładowy podział na opisane wyżej ściany. Zielona oś obrazuje kierunek układu belek stropowych nad ścianami przedstawionej kondygnacji. 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. 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.
Konstrukcja 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 reguła 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.
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 elementy 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.
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 ze stopnia prefabrykacji i możliwości dostępu montażysty do słupków szkieletu. Zdarza się, że celowo pozostawia się ściany niewykończone w miejscach, w których łączą się one z innymi ścianami. Kilka typowych rozwiązań połączeń L i T przedstawiono na zdjęciach 8 i 9.
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. Pomimo wielu zbieżności konstrukcyjnych, każdy budynek może różnić się od podobnego wieloma elementami zarówno w swojej budowie jak i wielkości oddziaływań zewnętrznych, takich jak wiatr czy śnieg.
Z drugiej strony, jeżeli projekt jest w sprzeczności z ogólnymi zasadami konstruowania, również nie oznacza to automatycznie faktu popełnienia błędu. Projektanci mogą świadomie decydować się na niestandardowe rozwiązania, jeżeli w ich ocenie będą one lepsze/bezpieczniejsze/tańsze itp. Takie niestandardowe rozwiązania często są opracowywane i wprowadzane w firmach, które bazują na własnej technologii. Dostosowywane są one do możliwości produkcyjnych, stopnia prefabrykacji czy możliwości transportowych.
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
Simpson Strong-Tie
Komentarze