Krokwiak, wkręt czy złącze?

Pewnie każdy cieśla nieraz zadawał sobie to pytanie zastanawiając się, jak połączyć dwa elementy więźby. W tym artykule spróbuję porównać połączenia wykonane z użyciem gwoździa krokwiowego, wkręta ciesielskiego i systemowych złączy ciesielskich. Każde z tych rozwiązań ma z pewnością różne zalety – cena, szybkość montażu czy duża nośność. Są oczywiście też wady…

Nie sposób omówić wszystkich możliwych połączeń więźby dachowej w jednym artykule, bo przecież każde z nich może być rozwiązane na wiele sposobów. Więźba składa się z połączeń bardzo odpowiedzialnych o dużych obciążeniach, jak i drugorzędnych, gdzie elementy złączne pełnią rolę jedynie konstrukcyjną. Celem tego artykułu nie jest znalezienie uniwersalnego rozwiązania każdego połączenia. Postaram się omówić wady i zalety trzech najpopularniejszych rozwiązań, aby dokonane przez nas wybory były bardziej świadome. Różnice omówię na nieśmiertelnym przykładzie połączenia krokiew-murłata, o którym napisano już niejeden artykuł. To połączenie zawsze budzi najbardziej ożywioną dyskusję – i słusznie! Jest to jedno z ważniejszych, jeśli nie najważniejsze, połączenie więźby dachowej. Aby zliczyć wszystkie możliwe rozwiązania tego połączenia z pewnością zabraknie palców u rąk, a odwiedzając niektóre budowy, dochodzi się do wniosku, że ludzka wyobraźnia nie zna granic.

Rys. 1 Różne typy więźb dachowych i możliwe kombinacje obciążeń w połączeniu z murłatą.

W zależności od typu więźby dachowej i zakładanego przez projektanta schematu statycznego w tym połączeniu mogą pojawiać się skrajnie różne obciążenia. Poza oczywistymi obciążeniami pionowymi działającymi zgodnie z siłą ciążenia, mogą występować podrywania i poziome siły rozporu (rys. 1). Siły wynikające z ciężaru własnego dachu nie sprawiają problemu w przeniesieniu ich na murłatę. Docisk ten jest przenoszony z reguły przez zacios wykonany na krokwi. Wytrzymałość drewna na docisk jest najmniejsza prostopadle do włókien. Dlatego też regulując głębokością zaciosu jesteśmy w stanie stworzyć odpowiednio duże pole docisku między krokwią a murłatą, aby nie została przekroczona wytrzymałość na docisk murłaty. Elementy złączne stosowane w połączeniu nie biorą udziału w przenoszeniu tego obciążenia.

Całkiem inaczej rzecz się ma w przypadku obciążeń siłą o tym samym kierunku, ale o przeciwnym zwrocie, czyli o podrywaniu. Na podrywanie szczególnie narażone są dachy o małym nachyleniu (rys. 1), ponieważ wtedy siły ssania wiatru na połaci są największe. Dodatkowo, jeśli takie dachy są wykonane z lekkiego pokrycia jak blachodachówka, ryzyko poderwania jeszcze rośnie. Poza ciężarem własnym dachu, jedynymi elementami zapobiegającymi zerwaniu połaci są właśnie zastosowane łączniki.

Jak więc wygląda nośność na poderwanie (wyrywanie) trzech rozwiązań wymienionych w tytule artykułu? Tutaj pojawiają się już pierwsze duże różnice. Nośność na wyrywanie gwoździa krokwiowego wynosi ok. 2-3 kN (200-300 kg). Nośność na wyrywanie wkręta ciesielskiego jest na poziomie 7-8 kN. Najprostsze złącza ciesielskie czyli kątowniki stosowane w połączeniu krokwi z murłatą uzyskują nośności w przedziale 10-30 kN (1-3 ton), w zależności od wielkości kątowników i długości zastosowanych gwoździ. Oznacza to, że tak popularne gwoździe krokwiowe mają nawet dziesięciokrotnie mniejszą nośność na poderwanie niż złącza kątowe. Jeżeli nie wszystkich przekonują obliczenia wytrzymałościowe i liczby, na fot. 1. widoczna jest zerwana połać dachu, której krokwie były przybite do murłaty gwoździami. W czasie huraganowego wiatru gwoździe krokwiowe wychodziły z murłat jak z masła. Kilka sąsiednich dachów utrzymało się i pozostało na murłatach m. in. dzięki zastosowaniu złączy ciesielskich.

Fot. 1 Zerwana połać dachu łączona z murłatą gwoździami krokwiowymi.

Niestety, niebezpiecznym obciążeniem, które może pojawić się w połączeniu krokwi z murłatą nie jest tylko siła podrywająca. Dużo częściej w typowych dachach pojawia się na murłacie siła pozioma działająca w kierunku – na zewnątrz budynku. Siła ta nazywana jest rozporem. Przy tak popularnych więźbach krokwiowych i krokwiowo-jętkowych, przeniesienie siły rozporu na murłatę i dalej na wieniec, stanowi największe wyzwanie i jest kwestią kluczową pod względem bezpieczeństwa. Taki dach pod własnym ciężarem (a także ciężarem śniegu) ma tendencję do „rozjechania się” na zewnątrz budynku. We współczesnym ciesielstwie praktycznie zanikły tradycyjne połączenia krokwi z murłatą działające na zasadzie zamka, przeciwdziałającego silom rozporu. Wielu cieśli rezygnując z czasochłonnych połączeń tradycyjnych uważa, że gwóźdź krokwiowy wbijany przez krokiew w murłatę jest rozwiązaniem szybszym, mniej pracochłonnym, nie wymagającym specjalistycznych narzędzi i równie trwałym i wytrzymałym. Każdy z nas widuje ekipy ciesielskie, których jedynym narzędziem jest piła łańcuchowa, jedynym łącznikiem gwóźdź krokwiak, a jedyną metodą pracy jest metoda przymiaru na budowie i wielokrotnych cięć i dopasowań. Zaskoczę pewnie tych fachowców, mówiąc, że „gwóźdź krokwiowy nie jest łącznikiem o nieskończenie dużej nośności”. Jak więc wyglądają nośności na siłę rozporu współczesnych rozwiązań ciesielskich? Zanim przejdę do porównania, wspomnę, że w typowym dachu krokwiowo-jętkowym pokrytym dachówką ceramiczną i obciążonym normowo śniegiem, wartość siły rozporu na murłacie może osiągać wartości między 10-20 kN. Nośność gwoździa krokwiowego na ścięcie jest na poziomie ok. 4 kN. Co może także być zaskakujące – wkręt ciesielski o tej samej średnicy ma nośność podobną (nieznacznie wyższą uwzględniając efekt liny). Nie może być inaczej, jeśli mówimy o sile ścinającej działającej na taki sam przekrój stalowego łącznika – gwoździa lub wkręta. Jak rzecz się ma w przypadku złączy ciesielskich? Para podstawowych kątowniki z przetłoczeniem uzyskuje nośność na rozpór na poziomie 10-25 kN. Pozwala to na przeniesienie obciążeń w większości typowych więźb. Przy bardzo dużych więźbach, specyficznych schematach statycznych i dużych obciążeniach może się zdarzyć, że wartość siły rozporu będzie wynosić kilkadziesiąt kN. W takich sytuacjach możemy zastosować specjalistyczne złącza ciesielskie przeznaczone do przenoszenia bardzo dużych sił rozporu (fot. 2. ). Złącza te są w stanie przenieść, w zależności od typu, siły rozporu na poziomie 25-100 kN (2,5-10 ton!).

Jak widać pod względem wytrzymałości złącza ciesielskie są bezkonkurencyjne i uzyskiwane nośności połączenia są kilkukrotnie wyższe niż w przypadku gwoździa krokwiowego czy nawet wkręta ciesielskiego.

Oczywiście każdy teraz zapyta – A ile to kosztuje? Nie jest niespodzianką, że połączenie z zastosowaniem złączy ciesielskich jest droższe od pozostałych, w końcu dobre rzeczy muszą więcej kosztować. Ale o jakich różnicach właściwie mówimy? Ceny, które założyłem są oczywiście szacunkowe. Załóżmy, że mówimy o domku jednorodzinnym z 50 połączeniami krokiew-murłata. Stosując gwoździe krokwiowe 8,0×260 w cenie 0,50 zł/szt. zapłacimy 25 zł za gwoździe. Stosując wkręty ciesielskie o takim samym rozmiarze w cenie 2,50 zł/szt. zapłacimy 125 zł. Ile kosztują złącza? Wspomniałem o kilku typach złączy, ale typowy kątownik, który możemy zastosować w połączeniu krokiew-murłata może kosztować 1,50 zł/szt. Do tego należy doliczyć koszt systemowych gwoździ pierścieniowych (ok. 1,00 zł )za ilość wystarczającą do zamontowania pary kątowników. W sumie 2 x 1,50 zł (kątowniki) + 1,00 zł (gwoździe) = 4,00 zł. Koszt na cały dach 200 zł. Różnica ceny między pozostałymi rozwiązaniami 75-175 zł. Czy to jest koszt, który jest w stanie ponieść cieśla, żeby zbudować wytrzymałą i trwałą więźbę? Pewnie trzeba wcześniej odpowiedzieć sobie na pytanie, czy ta różnica jest na tyle duża, aby ryzykować bezpieczeństwem konstrukcji więźby i mieszkających pod nią ludzi? Zrozumiałe i oczywiste dla mnie jest to, że każdy cieśla-przedsiębiorca stara się minimalizować koszty, i pewnie każdy słyszał o przypadkach zmiany ekipy ciesielskiej, gdy konkurencja wyceniła robotę 200 zł taniej. Myślę jednak, że wyjaśniając inwestorowi różnice, żaden z nich nie będzie wahał się dopłacić tej dramatycznie wysokiej kwoty. Każdy z nas płaci kilkaset złotych, ubezpieczając każdego roku mieszkanie lub dom. Czy jako inwestorzy nie bylibyśmy skłonni zapłacić jednorazowego ubezpieczenia w wysokości 75-175 zł gwarantującego trwałość i wytrzymałość dachu wartego kilkadziesiąt tysięcy złotych?

Pamiętajmy, że każda więźba jest indywidualną konstrukcją i formalnie to projektant powinien podejmować decyzję odnośnie obliczeń statyczno-wytrzymałościowych i doboru typu połączenia.

W razie pytań i wątpliwości odnośnie złączy ciesielskich zachęcam do kontaktu z działem wsparcia technicznego Simpson Strong-Tie – tel. 22  865 22 00 lub e-mail: info@simpsonstrongtie.pl.

mgr inż. Tomasz Szczesiak
Inżynier wsparcia technicznego
Simpson Strong-Tie