Więźba dachowa

Przyczyny awarii konstrukcji z drewna klejonego warstwowo

We współczesnym budownictwie coraz częściej stosowane są konstrukcje z drewna klejonego warstwowo. Duże możliwości tych konstrukcji umożliwiają przekrywanie obiektów o coraz większych rozpiętościach i wyrafinowanych formach architektonicznych.

Znajomość tematu i szczególnych wymagań, które muszą być spełnione przy projektowaniu nie zawsze jest wystarczająca. Ponadto w dobie przetargów, gdzie cena jest kryterium dominującym albo jedynym, minimalizowanie konstrukcji za wszelką cenę zaczyna być coraz bardziej popularne. Stąd n Niniejszy artykuł zawiera zestawienie najważniejszych punktów, na które należy zwracać uwagę, aby konstrukcje z drewna klejonego mogły być długo i bezpiecznie użytkowane.

Często spotyka się opinię, że dla konstrukcji z drewna klejonego warstwowo przewidziany jest normowo szereg współczynników, tak, że nawet niedoszacowanie możliwych obciążeń nie spowoduje stanu awaryjnego. W rezultacie projektant niejednokrotnie nie uwzględnia rzeczywistych warunków użytkowania, nie projektuje na możliwe maksymalne obciążenia wynikające z warunków użytkowania, uśrednia i przyjmuje obciążenia niższe niż eksploatacyjne. W takich przypadkach nawet zastosowanie narzucanych normami współczynników bezpieczeństwa nie jest w stanie zapewnić właściwej pracy konstrukcji. Oprócz tego często rezygnuje się z zastosowania współczynnika konsekwencji zniszczenia ?n w przypadku obiektów wymagających zwiększenia bezpieczeństwa konstrukcji w związku ze stopniem zagrożenia życia ludzkiego (zgodnie z normą „PN-82/B-02000 Obciążenia budowli: Zasady ustalania wartości” pkt 3.10), podczas gdy właściwe przyjęcie obciążeń jest podstawą bezpiecznej pracy konstrukcji.

Możliwości wystąpienia awarii bądź katastrofy budowlanej konstrukcji wiążą się z błędami na każdym etapie procesu budowlanego. Poniżej wymienione zostały przykładowe sytuacje, które mogą przynieść niepożądane skutki:

1. Projekt

• Kryterium najniższej ceny – kryterium to bardzo często działa niekorzystnie. Wiąże się bowiem nie tylko z bardzo oszczędnym projektowaniem, ale często jest również przyczyną, dla której przetargi na odpowiedzialne projekty wygrywane są przez tanich, niedoświadczonych projektantów.

• Przyjmowanie niewłaściwych założeń projektowych i schematów statycznych, nieuwzględnianie konieczności zastosowania stężeń – niejednokrotnie na przykład spotyka się w projektach schemat belki gerberowskiej dla dźwigarów głównych z zastosowaniem typowego przegubu. Tymczasem w praktyce z uwagi na nierównomierność obciążeń (śnieg) taki czysty przegub nie występuje. W rezultacie w miejscu zaplanowanego przegubu pojawiają się nieprzewidziane siły i momenty, co może spowodować spękanie lub rozwarstwienie.

• Zakładanie pracy elementu z drewna klejonego tak, jakby był to element lity, bez uwzględniania możliwości rozwarstwienia – tu najczęściej spotykane błędy to podcięcia lameli rozciąganych (zwykle w okolicy podpory) bez odpowiedniego zabezpieczenia lub mocowanie obciążenia skupionego do kilku skrajnych lameli w sposób mogący spowodować rozwarstwienie.

• Projekty kratownic, w przypadku których niejednokrotnie na etapie projektu budowlanego wymiarowane są tylko pręty z uwagi na występujące siły z pominięciem wymiarowania węzłów. Tymczasem w kratownicach przekrój elementu najczęściej determinują węzły.

• Projektowanie konstrukcji bez uwzględniania warunków eksploatacyjnych

• Często popełnianym błędem jest stosowanie przez projektantów w obliczeniach parametrów wytrzymałościowych klas drewna klejonego pochodzących z nieaktualnych norm (klasy typu Kl33, Kl39 są nieaktualne od 2002, klasy typu GL30, GL35, GL40 są nieaktualne od listopada 2004). Aktualna klasyfikacja zawarta jest w PN-EN 1194.

• Odrębnym problemem jest brak projektu konstrukcji z drewna klejonego na etapie przetargu i rozpoczęcia inwestycji – zdarza się, że w projekcie zamarkowany jest tylko kształt konstrukcji, często z orientacyjnymi wymiarami przekroju i informacją, że projekt konstrukcji po stronie dostawcy. Pomijając wszystkie inne aspekty takiej sytuacji i ograniczając się tylko do spraw związanych z możliwością wystąpienia awarii: nie wolno zakładać projektowania konstrukcji przekrycia w oderwaniu od całości budynku – zaprojektowana już i realizowana pozostała konstrukcja może nie być w stanie przenieść sił od konstrukcji dachu.

Kościół Moelven w Łodzi - połączenie konstrukcji z drewna klejonego i cięgien systemowych.
Kościół Moelven w Łodzi – połączenie konstrukcji z drewna klejonego i cięgien systemowych.

2. Wykonawstwo

• Brak dotrzymania przez producentów normowych warunków wykonawstwa konstrukcji; stosowanie do produkcji tarcicy o niższych parametrach wytrzymałościowych, stosowanie tarcicy niesortowanej wytrzymałościowo.

• Nie zwracanie uwagi przez wykonawców na stosowanie właściwej klasy drewna klejonego warstwowo.

• Oszczędności polegające na zakupie tanich, niejednokrotnie nieatestowanych materiałów oraz zatrudnianiu zamiast fachowców przypadkowych ludzi.

• Zaniedbania występujące na etapie prefabrykacji.

• Brak zapewnienia właściwych warunków montażu – stężenia, odpowiedniego podparcia – oraz przestrzegania ogólnych wymagań związanych z pracą dźwigu w związku z warunkami atmosferycznymi.

• Niewłaściwe składowanie narażające elementy na długotrwałe poddanie działaniu opadów atmosferycznych, składowanie na nierównym podłożu.

• Nie stosowanie właściwych okuć i łączników zgodnie z projektem – zastępowanie projektowanych ściągów systemowych wykonanymi „pod zamówienie” w przypadkowym warsztacie, często ze stali o niższej wytrzymałości, a także łączenie stali nierdzewnej i ocynkowanej.

• Zaniedbania występujące na etapie budowy poprzedzającym montaż konstrukcji.

3. Użytkowanie

• Nie zwracanie uwagi na nieszczelności pokrycia dachu doprowadzające do regularnego zawilgocenia elementów – woda wnikająca w element konstrukcyjny, zwłaszcza w rejonie łączników, doprowadza do narastających zniszczeń drewna skutkujących katastrofą.

• Brak kontroli warstwy śniegu na dachach płaskich, zwłaszcza przy skokach temperatur, kiedy na połaci może wytworzyć się skorupa lodowa.

• Zmiany obciążeń konstrukcji związane ze zmianami użytkowania obiektu (na przykład dodatkowa wentylacja, instalacja tryskaczowa itp.) bez sprawdzenia możliwości konstrukcji przez uprawnionego projektanta – jest to szczególnie niebezpieczne w obiektach, które projektowane były przy uwzględnieniu minimalnych obciążeń technologicznych.

• Rozbudowa istniejących obiektów w sposób generujący powstawanie „worków śnieżnych” (na przykład dobudowa budynku wyższego, attyki itp.) bez sprawdzenia możliwości konstrukcji nośnej części istniejącej.

• Zmiana schematu statycznego konstrukcji w wyniku prowadzonych prac remontowych bądź renowacyjnych – jedna z sytuacji awaryjnych w Europie miała miejsce właśnie w wyniku zmiany w trakcie remontu kształtu dachu. Dach kombinowany łukowo-prosty zastąpiono jednospadowym, zmieniając jednocześnie schemat statyczny. Siła pionowa przy podporze wzrosła niemal dwukrotnie, a dodatkowo dźwigar został poddany działaniu sił skupionych w miejscach, gdzie zamontowano słupki przekazujące obciążenia z nowego dachu, podczas gdy pierwotnie dźwigar ten zaprojektowany był jako ściąg.

Bardzo często do wystąpienia awarii dochodzi w momencie, gdy kilka z wymienionych powyżej sytuacji nałoży się na siebie. W przypadku, gdy na przykład węzeł podporowy dźwigara zostanie zaprojektowany niewłaściwie przez przyjęcie zbyt małej ilości łączników lub zbyt małego przekroju przez wiele lat mogą nie występować oznaki wskazujące na możliwość awarii. Natomiast jeżeli na projekt zawierający błąd obliczeniowy lub konstrukcyjny projekt nałoży się przykładowo:

  • niższa, niż projektowana klasa drewna klejonego
  • zastosowanie mniejszej, niż w projekcie, ilości łączników (kontynuacja oszczędności związanych z „polityką najniższej ceny” lub niedbalstwo)
  • błędy na etapie montażu, niewłaściwe obchodzenie się z elementami, zwłaszcza przy znacznych długościach
  • długotrwałe, cykliczne zawilgocenie wynikające z nieszczelności pokrycia dachu bądź z kondensacji, możemy spodziewać się reakcji ze strony konstrukcji poczynając od spękań, delaminacji, a na katastrofie budowlanej kończąc.

Analizy wypadków na świecie dowodzą, że do uszkodzenia konstrukcji nie zawsze dochodzi przy maksymalnym projektowanym obciążeniu.

Cięgno systemowe w konstrukcji z drewna klejonego
Cięgno systemowe w konstrukcji z drewna klejonego

O ile głośna katastrofa w Bad Reichenhall miała miejsce przy obciążeniu około 300 mm warstwą śniegu (wyniki ekspertyz wykazały około 50% przeciążenie konstrukcji przy pełnym obciążeniu śniegiem, na co nałożyły się uszkodzenia pod wpływem pochodzącej z kondensacji wody oraz nieprawidłowości produkcyjne) tak inne konstrukcje uległy uszkodzeniu przy znacznie mniejszych obciążeniach, niż projektowe.

Jedna z większych konstrukcji kratowych o rozpiętości ponad 70 m zawaliła się w niemal bezwietrzny dzień i przy braku śniegu, a jej przyczyną były błędy projektowe, zwłaszcza w zakresie rozwiązania węzła podporowego. Inne dźwigary kratowe, również o niemałej rozpiętości 55 m runęły przy obciążeniu zaledwie 25% śniegu w stosunku do obciążenia projektowanego. W tym przypadku powodem było zaniedbanie na etapie składania dźwigarów – w jednym z węzłów dźwigara składowego kratownicy zastosowano 7 bolców zamiast projektowanych 33 i to wystarczyło, aby zniszczeniu uległo około 2500m2 dachu.

Do awarii dochodzi także jeszcze przed oddaniem obiektu do użytkowania. Niewłaściwe zaprojektowanie belki w okolicy podporowej spowodowało rozwarstwienia belek dochodzące nawet do osi obiektu – dźwigar został podcięty na znacznej części wysokości. W celu uniknięcia rozbiórki dachu dźwigary zostały wzmocnione w strefach przypodporowych stalą przekroju (a najbardziej uszkodzony na całej swojej długości).

Właściwie zaprojektowana, wykonana i użytkowana konstrukcja z drewna klejonego może przetrwać dziesiątki lat. Na przykład przekrycia dworców kolejowych w Malmö, Göteborgu i Sztokholmie służą bezawaryjnie od początku lat dwudziestych XX wieku.

Natomiast sytuacje awaryjne najczęściej są wynikiem zaniedbań lub niedostatecznej wiedzy i mogą zdarzyć się niezależnie od zastosowanego materiału. Rolą inżynierów uczestniczących w procesie budowy jest dogłębna analiza realizowanych projektów i ich ocena pod kątem właściwości i zasadności przyjętych rozwiązań. Istotne jest także wskazywanie inwestorom, że nie zawsze to, co wydaje się być najtańsze na początku inwestycji, pozwoli zrealizować ją w rzeczywistości najmniejszym kosztem.

Autor: Mgr inż. Ewa Kotwica Doradca Techniczny Finnforest i Moelven

4.9/5 - (14 votes)

Data publikacji: 20 lutego, 2012

Autor:

4.9/5 - (14 votes)

Tagi:

Komentarze


Udostępnij artykuł

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *

Podobne artykuły