Zacios krokwi w połączeniu z murłatą

Zacios, czyli wycięcie fragmentu krokwi umożliwiające oparcie jej na murłacie, jest powszechnie stosowanym rozwiązaniem w ciesielstwie. Wydaje się, że wykonanie zaciosu nie jest sprawą skomplikowaną. Okazuje się, że nie jest to tak oczywiste i kilka kwestii należy wziąć pod uwagę dobierając geometrię zaciosu. W tym artykule chciałbym zwrócić uwagę cieśli na to zagadnienie z punktu widzenia konstruktora i projektu więźby.

Rola jaką pełni zacios krokwi w połączeniu z murłatą wydaje się oczywista – ma umożliwić oparcie krokwi na murłacie. Im głębszy zacios tym większe pole podparcia. Jak zatem głęboki powinien być zacios? Odpowiedzią jaką najczęściej można usłyszeć na tak zadanie pytanie jest: 1/4 do 1/3 wysokości krokwi. Z reguły jest to prawda, jednak taka odpowiedź jest mało precyzyjna. Dodatkowo możemy sobie wyobrazić skrajne przypadki, w których ta reguła nie będzie odpowiednia. Na zdjęciu 2 przedstawione są dwa przypadki dachów o nachyleniu 60 i 15 stopni. Wydaje się, że w jednym przypadku pole podparcia jest dość skromne, w drugim szerokość zaciosu jest większa niż wymiar murłaty. W obu przypadkach stosowanie zaciosu 1/4 wysokości krokwi wydaje się nieodpowiednie.

Czy są więc jakieś bardziej precyzyjne wytyczne określające wymaganą głębokość zaciosu? Jak wspomniałem na początku, zacios stosuje się, aby stworzyć pole oparcia krokwi na murłacie. To pole odpowiada za przeniesienie siły pionowej z krokwi na murłatę. Siła ta wynika z obciążeń ciężarem własnym dachu, w tym pokrycia, obciążeń zmiennych, jak śnieg itp. Im większa siła, tym większa wymagana powierzchnia oparcia krokwi. Jeżeli powierzchnia okaże się zbyt mała, dojdzie do zmiażdżenia murłaty poprzez przekroczenie naprężeń ściskających w poprzek włókien. Dlaczego piszę o zniszczeniu murłaty, a nie zniszczeniu krokwi? Ponieważ drewno w budownictwie jest określane jako materiał anizotropowy, czyli o zmiennych parametrach w zależności od rozpatrywanego kierunku. Wynika to oczywiście i jest ściśle powiązane z tym, że drewno zbudowane jest z włókien. Rozpatrując docisk drewna, ważne żeby określić czy mówimy o docisku wzdłuż, czy w poprzek włókien drewna. Drewno jako materiał budowlany ma około dziesięciokrotnie większą wytrzymałość na ściskanie wzdłuż włókien, niż w poprzek włókien. Co oczywiście ma uzasadnienie, bo możemy wyobrazić sobie belkę drewnianą jako zestaw równoległych rurek (włókien). Takie rurki łatwo będzie ścisnąć w poprzek ich osi – zapadną się. Ściskając wzdłuż uzyskamy znacznie większą wytrzymałość.

Z tego powodu rozpatrując wzajemny docisk między krokwią i murłatą, zawsze ta druga jest na przegranej pozycji, bo jest ściskana w poprzek włókien (pod warunkiem założenia tej samej klasy wytrzymałości drewna krokwi i murłaty). Krokiew dla nachylenia połaci większego niż 0 stopni, kąt docisku ma zawsze korzystniejszy niż murłata.

Docisk w poprzek włókien murłaty

Czynnikiem decydującym o rozmiarze zaciosu powinno być określenie przez konstruktora wymaganego pola docisku miedzy krokwią i murłatą. Aby to określić projektant z reguły dzieli obliczeniową wartość siły pionowej [N] przekazywanej z krokwi przez obliczeniową wytrzymałość na docisk w poprzek włókien [N/mm²] murłaty o określonej klasie wytrzymałości. Wynikiem jest wartość wymaganego pola powierzchni docisku [N / (N/mm²) = mm²]. Warto pamiętać, że drewno z uwagi na swoją szczególną budowę umożliwia poszerzenie faktycznego pola docisku w kierunku włókien. Na zdjęciu 3 widoczne jest to zjawisko. Biała linia to krawędź drewna przed dociskiem. Widać jak sąsiadujące fragmenty drewna poza faktycznym polem kontaktu elementów włączają się do współpracy i poszerzają pole docisku. Obowiązująca norma do projektowania konstrukcji drewnianych – Eurokod 5 pozwala na uwzględnienie tego zjawiska. W pkt. 6.1.5 „Ściskanie w poprzek włókien” jest mowa o uwzględnieniu efektywnego pola docisku Aef, powiększonego obustronnie o wartość 30 mm w kierunku włókien. Pozwala to na znaczne zwiększenie powierzchni uwzględnianej w czasie obliczeń (zdj. 4).

Wielkość zaciosu a przekrój krokwi

Chcąc powiększać pole docisku możemy zwiększać głębokość zaciosu. Nie możemy tego robić bezkarnie. Jeżeli dach tworzy okap poza murłatą, krokwie muszą być w stanie przenieść pojawiające się zginanie. Wycinając zacios redukujemy przekrój krokwi w miejscu ekstremalnej wartości momentu zginającego. W obliczeniach w tym miejscu bierze się pod uwagę wartość nadzaciosu (niem. Obholz) prostopadłego (względem krawędzi krokwi) – zdj. 5.
Wniosek jest prosty – wartość zaciosu powinna być określona przez konstruktora, uwzględniając z jednej strony wymagane pole docisku, a z drugiej wymagany przekrój krokwi przy zginaniu okapu. Jak często w projektach cieśla znajdzie szczegółowe informacje na temat wymaganej głębokości zaciosu? Mogę się tylko domyślać, a koledzy cieśle pewnie mogą się tylko uśmiechnąć. Dlatego warto współpracować z projektantami specjalizującymi się w konstrukcjach drewnianych, którzy rozumieją wagę takich detali.

Oparcie krokwi bez zaciosu

Spotkałem się z realizacjami tego połączenia bez wykonania jakiegokolwiek zaciosu. Krokiew opiera się jedynie o zewnętrzną krawędź murłaty, co oczywiście prowadziłoby do natychmiastowego jej zmiażdżenia. Z tego powodu wykonawca stosuje parę kątowników, które mają odpowiadać za przeniesienie pionowego obciążenia na murłatę, podobnie jak to się dzieje stosując zacios (zdj. 6).

Problem z takim połączeniem polega na tym, że bardzo ciężko określić faktyczne pole docisku między kątownikami i murłatą. Połączenie między kątownikami i krokwią łatwo wyznaczyć, znając rodzaj i ilość gwoździ. Jeśli chodzi o pole docisku do murłaty – na pewno nie jest to wymiar dolnego ramienia kątownika, ponieważ trzeba uwzględnić podatność blachy stalowej, z której wykonany jest kątownik. Zagadnienie nie jest proste do rozstrzygnięcia, bo tworzy się pewne pole docisku, ale trudność polega na określeniu jego wartości. W konsekwencji nie sposób udowodnić, że jest to pole wystarczające. Osobiście odradzam stosowanie połączenia bez zaciosu i opieranie krokwi jedynie za pośrednictwem kątowników. Kątowniki i inne złącza ciesielskie w tym połączeniu mają pełnić inną rolę.

Siły poziome w połączeniu – rozpór

Jak opisałem powyżej, zacios ma za zadanie przenoszenie obciążeń pionowych, działających ku dołowi. Jeżeli mamy do czynienia z dachem podatnym na podrywania – siły pionowe działające ku górze, lub rozpieranym – siły poziome działające na zewnątrz budynku – stosuje się stalowe złącza ciesielskie. Rozwiązaniem mogą być właśnie pokazane na zdjeciu 6 kątowniki. W przypadku znacznych sił poziomych (dachy krokwiowe i krokwiowo-jętkowe) odpowiednim rozwiązaniem będzie stosowanie złączy przeznaczonych do przenoszenia dużych sił rozporu. Złączami takimi są złącza SFH i SFHM. Warto rozumieć, że w przypadku dachu rozporowego, zacios w dalszym ciągu odpowiada za przenoszenie siły pionowej – docisku, a złącza za przenoszenie siły poziomej – rozporu (zdj. 7).

Tradycyjne zamki ciesielskie

W powyższym artykule opisałem najpopularniejszy prosty zacios. Warto wspomnieć o tradycyjnych zamkach ciesielskich, które będą w stanie przenieść pewną wartość siły poziomej. Problemem, oczywiście poza komplikacją i pracochłonnością pracy, jest dodatkowo kwestia złożonych obliczeń konstrukcyjnych. Informacji można szukać w literaturze inżynierskiej dotyczącej wymiarowania tego typu tradycyjnych połączeń. Przykład takiego zamka widoczny jest na zdjęciu 8.

Podsumowując – w tak prostym, jak mogłoby się wydawać, temacie zaciosu pojawia się kilka kwestii, które należy wziąć pod uwagę. Niestety część z nich nie jest do rozstrzygnięcia przez cieślę na budowie w czasie montażu. Powinny być one przeanalizowane w czasie projektowania więźby przez konstruktora. Z jednej strony zachęcam więc konstruktorów do specyfikowania w projekcie detalu zaciosu, z drugiej przestrzegam wykonawców przed podejmowaniem ryzykownych decyzji na własną rękę. W razie pytań dotyczących konstrukcji drewnianych i sposobów łączenia ich poszczególnych elementów, zachęcam 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
Simpson Strong-Tie