Sposoby łączenia belek drewnianych na długości

Wielokrotnie bywa tak, że łączenia belek drewnianych na długości wykonywane są „jak zawsze” i nieczęsto zdarza się, by towarzyszyła temu jakakolwiek refleksja czy też chwila zastanowienia.

W poniższym artykule przybliżam istotę wykonywania połączeń belek drewnianych na długości oraz pokazuję, jak i gdzie wystrzegać się popełnienia błędu i dodam tylko, że popełnienie takiego błędu (niewłaściwe połączenie na długości) skutkować może awarią lub nawet katastrofą budowlaną.

Jak powszechnie wiadomo, dawniej cieśla swojego rzemiosła uczył się przez wiele lat, tak by po osiągnięciu poziomu mistrza był w stanie wykonać każdą konstrukcję i nie potrzebował do tego żadnego projektu. Często bywało tak, że projektant nie uczestniczył w procesie budowlanym z uwagi na fakt, że metodyka wykonywania obliczeń była bardzo czasochłonna i między innymi z tego powodu przy realizacjach obiektów budowlanych, wielkość przyjmowanych przekrojów poprzecznych elementów konstrukcyjnych, a tym samym ilość zużywanego materiału (drewna konstrukcyjnego) miała drugorzędne znaczenie.

W czasach obecnych jest nieco inaczej, czynnikiem determinującym jest ilość zużywanego surowca (drewna konstrukcyjnego), a projektowane elementy konstrukcji obliczane są w taki sposób, by stopień wykorzystania elementu był jak największy.

Czasem zdarza się tak, że za wykonywanie konstrukcji drewnianych zamiast cieśli, zabierają się niedoświadczeni montażyści, których kwalifikacje nie są zbyt wysokie, dlatego wiedza mistrza rzemiosła ciesielskiego powinna być zawarta w opracowaniu projektowym, wykonanym przez projektanta konstrukcji, a projekt powinien być opracowany w taki sposób, by podczas robót montażowych uniemożliwić lub w maksymalnym stopniu zminimalizować możliwość pomyłki. Oczywiście wymaga to od projektanta dużej wiedzy oraz dużego doświadczenia w tym zakresie, a owo doświadczenie wynika między innymi ze ścisłej współpracy z mistrzami rzemiosła ciesielskiego.

W czasie wykonywania więźb dachowych, pewnym wyzwaniem są płatwie pośrednie czy też płatwie kalenicowe. Są to zazwyczaj elementy o znacznej długości, niejednokrotnie przekraczające długość dziesięciu metrów. Wykonanie tak długich belek jako jednego elementu nastręcza wielu problemów, od pozyskania surowca poprzez transport, a na montażu kończąc. W sukurs przychodzą różnego rodzaju połączenia na długości.

Połączenia wzdłużne są połączeniami (ciesielskimi lub inżynierskimi) łączącymi elementy prętowe (płatwie, murłaty, oczepy, podwaliny, itp.) na ich długości. Należy pamiętać, że elementy prętowe mogą być obciążone różnymi siłami: zginającymi, ściskającymi czy też rozciągającymi, dlatego w każdym przypadku należy stosować inne połączenie na długości.

Połączenia ciesielskie – łączenia belek drewnianych na długości:

• na nakładkę prostą, zwykle stosujemy do przedłużania murłat czy też belek podwalinowych (rys. 1a).
• na nakładkę skośną, zastosować można w miejscu, w którym należy wykonstruować przegub np. jako połączenie płatwi pośredniej czy płatwi kalenicowej (rys 1b).
• na zamek skośny zwykły, stosujemy w miejscach, gdzie występują siły rozciągające (rys 1c).

Połączenia belek drewnianych na długości – inżynierskie:

• na nakładkę stalową dwustronną przy zastosowaniu z blach oraz śrub stalowych (rys. 1d).
• złącza płatwiowe Gerbera (rys. 1e).

Konkretne miejsce wykonania połączenia belek drewnianych na długości jest uzależnione od wielu czynników i z uwagi na to, powinno być dokładnie wskazane przez projektanta konstrukcji. W telegraficznym skrócie, w kilku zdaniach oraz z wykorzystaniem grafik z obliczeń wykonanych w programie DC-Statik, pokażę istotę właściwie wykonywanych połączeń na długości. Dlaczego w telegraficznym skrócie? Ponieważ nie sposób w kilku zdaniach oraz na podstawie paru grafik wyjaśnić wszystkich zagadnień z wytrzymałości materiałów, statyki czy mechaniki ogólnej, jakie należy rozpatrywać w procesie projektowania.

Połączenia wzdłużne belek należy wykonywać w miejscach, gdzie moment zginający jest równy lub bardzo bliski wartości zero. Niech za przykład posłuży nam rys. 2, na którym pokazano płatew pośrednią jako belkę wieloprzęsłową, z wykresem obwiedni momentów zginających.

Na kolejnym rysunku (rys. 3) pokazano właściwe miejsce wykonania połączenia płatwi na długości – zamodelowano jako przegub, gdzie wartość momentu zginającego jest równa zero.

Stopień wykorzystania nośności przekroju 81,8%. Nośność połączenia jest wystarczająca, co pokazano na rys. 5a.

Na rys. 4 pokazano wykonanie połączenia na długości bezpośrednio nad podporą (słupem). Jest to często spotykane miejsce wykonywania połączenia na długości, niestety zapominamy o tym, że bezpośrednio nad podporą moment zginający jest dość znaczny, a przegub, który tam powstanie działa niekorzystnie na cały układ, powodując m.in. przekroczenia nośności całego projektowanego elementu. Stopień wykorzystania elementu 112,2%. Nośność połączenia także została przekroczona, co pokazano na rys 5b.

Jak łatwo zauważyć, wykonanie połączenia nad słupem, czyli w miejscu, gdzie moment podporowy jest największy, a górne włókna przekroju poprzecznego są rozciągane, skutkowało będzie przekroczeniem nośności zarówno projektowanego przekroju jak i połączenia.

Powyższym tekstem chciałbym wzbudzić zainteresowanie dwiema bardzo istotnymi kwestiami.
Po pierwsze zwracam uwagę na istotę wykonywania prawidłowego łączenia belek drewnianych na długości we właściwym miejscu z punktu widzenia „pracy” całego układu konstrukcyjnego, które to połączenie bardzo często wykonywane jest „tak jak zawsze”, co skutkować może awarią połączenia, a w konsekwencji awarią całego układu konstrukcyjnego.

Drugą nie mniej ważną sprawą jest problematyka wzajemnej współpracy pomiędzy wszystkimi osobami w procesie budowlanym, ponieważ tylko z wykorzystaniem wiedzy i doświadczenia zarówno projektanta jak i wykonawcy mamy szansę doprowadzić do tego by powstała konstrukcja była bezpieczna, komfortowa oraz solidnie i ładnie wykonana.

mgr inż. Aleksander Kłembokowski
projektant konstrukcji – specjalista konstrukcji drewnianych OLSEN Aleksander Kłembokowski www.konstrukcje-budowlane.pl