Wiązary

Tradycyjna więźba dachowa, tak powszechnie stosowana w  budownictwie jednorodzinnym, nie zdaje egzaminu na  obiektach przemysłowych. Zastosowanie tradycyjnej więźby dachowej ograniczone jest przez dopuszczalną rozpiętość konstrukcji oraz konieczność stosowania podpór.

Konstrukcja wiązarów dachowych pozbawiona jest takich mankamentów i umożliwia wykonanie dachów o  bardzo dużych rozpiętościach, bez konieczności wprowadzania dodatkowych punktów podparcia. Wiązary dachowe to konstrukcje kratowe, umożliwiające przeniesienie bezpośrednich lub pośrednich obciążeń z  połaci dachowych na ściany lub fundamenty. Konstrukcja wiązarów składa się z pasa dolnego oraz górnego – są to elementy podstawowe. Pasy kratownicy ograniczają jej konstrukcję od dołu oraz z góry. Ich podstawowa rola wynika z największych obciążeń jakim są poddawane. Konstrukcja kratowa nie może się obyć bez elementów pomocniczych jakimi są słupki oraz krzyżulce. Słupki to elementy ustawione pionowo, krzyżulce zaś to elementy ustawione ukośnie. Pasy: dolny oraz górny są połączone za pośrednictwem słupków i krzyżulców. Punkty łączenia elementów ze sobą nazywane są węzłami. Istnieje wiele różnych rozwiązań połączeń węzłowych kratownicy. Konstrukcja wiązara może przyjmować różne kształty. Od najbardziej popularnych trójkątnych i prostokątnych (równoległe pasy) po wiązary o zakrzywionym pasie dolnym lub górnym. Wysokość kratownicy, czyli odległość między górnym i dolnym pasem, uzależniona jest od dopuszczalnego jej ugięcia wynoszącego L/500, gdzie L oznacza rozpiętość kratownicy. Ekonomiczne wysokości wiązarów o rozpiętości 10-24 m wahają się w przedziale od L/5 do L/8 dla wiązarów o kształcie trójkątnym oraz L/10 – L/15 dla wiązarów o pasach równoległych.

Rozstaw wiązarów dachowych związany jest ze sposobem transferu obciążeń z połaci dachu. Wiązary bezpośrednio przenoszące obciążenia z połaci rozmieszczane są w rozstawie nie przekraczającym 100 – 120 cm. Taki rozstaw narzuca przede wszystkim nośność łat lub deskowania połaci. Rozstaw wiązarów można znacząco zwiększyć nawet do 600 cm przy zastosowaniu płatwi. W takim rozwiązaniu płatwie zbierają obciążenia bezpośrednio z połaci dachu i przekazują je na wiązary.

Rys. 2. Połączenia na blachy węzłowe.

Wiązary o prętach złożonych

Wiązary o złożonych prętach, składających się z dwóch lub więcej elementów, posiadają połączenia węzłowe wykonane z podatnych łączników: gwoździ, sworzni lub śrub. Łączniki są stosowane bezpośrednio do elementów kratownicy. Każdy z  łączonych elementów w węźle kratownicy wymaga wyznaczenia wzoru połączenia: ilości, typu oraz odległości między łącznikami. Najprostszym z rozwiązań jest zastosowanie gwoździ jako łączników. Rozwiązanie jest proste i nie wymaga specjalnych narzędzi, lecz jest bardzo pracochłonne. Gwoździe należy wbijać zgodnie z wyznaczonym wzorem. Każdy z łączonych elementów w węźle kratownicy wymaga co najmniej 4 gwoździ. W skali całej konstrukcji są to tysiące gwoździ. Zastąpienie gwoździ śrubami lub sworzniami, o większej wytrzymałości, zmniejsza liczbę wymaganych łączników i  upraszcza wykonanie połączenia. Połączenia śrubowe umożliwiają również zastosowanie specjalnych wkładek w postaci pierścieni gładkich, kolczastych lub zębatych podnoszących nośność połączenia. Inną zaletą połączeń śrubowych w wiązarach jest ich duża estetyka. Takie konstrukcje mogą być eksponowane i stanowić jedną z atrakcji samej budowli.

Wiązary o prętach pojedynczych

Rys. 3. Połączenia śrubowo-sworzniowe.

Wiązary o pojedynczych prętach wymagają stosowania w węzłach dodatkowych elementów złącznych. Jako nakładki stosowane są elementy z drewna, płyty z materiałów drewno-pochodnych oraz metalowe. Nakładki obejmują łączone ze sobą elementy z dwóch stron. Łączniki w postaci gwoździ lub śrub, łączą nakładki z elementami wiązara przenosząc obciążenia węzłowe. Ciekawym rozwiązaniem są specjalne płytki kolczaste, które łączą w sobie cechy zarówno nakładek, jak i  łączników. Ta technologia stosowana jest powszechnie w zakładach prefabrykacji wiązarów dachowych ze względu na prostotę aplikacji w  warunkach produkcyjnych. Płytki wykonane z blach o grubości około 2  mm są wprasowywane w drewniane elementy konstrukcji za pomocą specjalnej prasy i nie wymagają dodatkowych łączników. Alternatywnym systemem połączeń prętów wiązara do nakładek są blachy węzłowe. Są to pojedyncze lub wielokrotne elementy metalowe umieszczone wewnątrz drewnianych prętów kratownicy. Połączenia wymagają wykonania w łączonych elementach specjalnych nacięć–szczelin, w których umieszczane są blachy węzłowe. Szczeliny blach węzłowych muszą być wykonane bardzo precyzyjnie. Dodatkową operacją jest wykonanie wierceń dla łączników. Połączenia wymagają zastosowania łączników między blachą węzłową a  prętami kratownicy. Najczęściej jako łączniki są stosowane śruby oraz sworznie. Konstrukcja połączeń węzłowych sprawia, że jakość połączeń na budowie (połączenia montażowe) nie odbiega od tych realizowanych w  zakładzie prefabrykacji. W razie potrzeby istnieje możliwość rozłączenia węzła wiązara bez uszkodzenia elementów konstrukcji i ponownego jego montażu. Zarówno szczeliny blach węzłowych, jak i gniazda śrub i  sworzni można zaflekować – zamknąć korkami z drewna, całkowicie je ukrywając.
Zabieg bez wątpienia poprawi estetykę całej konstrukcji, ukryje nie tylko wszystkie połączenia, lecz także poprawi ognioodporność konstrukcji. Wytrzymałość konstrukcji wyznacza jej najsłabsze ogniwo. Nieosłonięte metalowe nakładki oraz łączniki węzłów kratownicy pod wpływem wysokiej temperatury drastycznie obniżają swoją nośność. Stal należy do materiałów niepalnych, lecz znacznie zmienia swoje właściwości w wysokiej temperaturze. Podgrzanie zwykłych stali budowlanych do temperatury 500°C spowoduje 50% redukcję ich nośności. Pierwszy skok temperatury do granicy około 300°C ma nawet korzystny efekt, poprawiając wytrzymałość stali. Dalszy wzrost temperatury powoduje gwałtowne ograniczenie wytrzymałości, która w temperaturze 500°C wynosi zaledwie 50% i dalej spada. Innym równie niebezpiecznym zjawiskiem jest znaczące zwiększenie rozszerzalności liniowej powyżej granicy 200°C.

Wiązary o połączeniach blachami węzłowymi to atrakcyjna alternatywa zarówno dla wiązarów na płytki kolczaste, jak i dla dźwigarów z  drewna klejonego. Zwiększone zużycie drewna oraz stali na łączniki w  przypadku pojedynczego wiązara jest kompensowane zwiększonym rozstawem wiązarów. Wysoka estetyka oraz mniejsze zużycie drewna wiązarów z  blachami węzłowymi z powodzeniem może konkurować z dźwigami z  drewna klejonego.