Zastosowanie wkrętów dwugwintowych na przykładzie konstrukcji dachu z drewna klejonego warstwowo

Wkręty konstrukcyjne są elementem złącznym, bez którego nie można obecnie wyobrazić sobie konstrukcji drewnianej. Poza typowymi wkrętami, wśród takich produktów można znaleźć łączniki o bardzo specjalistycznych zastosowaniach. Do wkrętów tego typy należą wkręty dwugwintowe SWD z serii Solid-Drive Simpson Strong-Tie. Zalety używania tych łączników najlepiej zrozumieć przyglądając się ich zastosowaniu na przykładzie wybranej inwestycji.

Przy Centralnej Szkole Państwowej Straży Pożarnej w Częstochowie powstają nowoczesny kompleks szkoleniowo-laboratoryjny i hala sportowa. Budowa rozpoczęła się w 2022 roku, niedawno została zrealizowana konstrukcja dachu z drewna klejonego warstwowo. Za projekt i wykonawstwo konstrukcji drewnianej odpowiada Modulam – renomowana firma składająca się z doświadczonych inżynierów i pasjonatów drewna, świadcząca usługi zarówno w kraju, jak i za granicą. Firma dostarcza nowoczesne rozwiązania dla budownictwa w postaci drewna konstrukcyjnego oferowanego w wielu różnych wariantach. Jednym z obszarów specjalizacji i największego doświadczenia firmy są konstrukcje z drewna masywnego (m.in. drewno klejone warstwowo i krzyżowo – CLT).

Zadaszenie obiektu zrealizowano z wykorzystaniem popularnej formy dwuspadowych dźwigarów z drewna klejonego warstwowo o grubości 20 cm, zmiennej wysokości do 2,0 m, rozmieszczonych w rozstawie 4,4 m. Dźwigary podparte są na zewnętrznych ścianach nośnych o konstrukcji żelbetowej ramy z wypełnieniem murowym. W przestrzeni pomiędzy dźwigarami zaprojektowano płatwie o wymiarach 12 x 24 cm i rozstawie 2,6 m stanowiące podparcie dla pokrycia hali. Zadaszenie charakteryzuje się dużą prostotą i przejrzystością konstrukcji (zdj. 2).

Tego typy schematy są powszechnym rozwiązaniem w przypadku zadaszeń dużych rozpiętości przy użyciu drewna klejonego warstwowo. Jednym z elementów determinującym czas wznoszenia konstrukcji jest efektywność wykonywania połączeń pomiędzy dźwigarami głównymi i płatwiami. W tym i podobnych przypadkach mamy do czynienia z bardzo dużą ilością połączeń do wykonania, liczących od kilkuset do nawet kilku tysięcy sztuk.
Połączenie to można wykonać z zastosowaniem standardowych wieszaków belek (BSNN – Simpson Strong-Tie). Jest to rozwiązanie, które gwarantuje dużą nośność połączenia. Alternatywnie wieszaki można zastąpić specjalistycznymi wkrętami SWD dwugwintowymi montowanymi parami, pod kątem, krzyżowo.

Wkręty SWD są stosowane do połączeń konstrukcyjnych elementów drewnianych lub drewnopochodnych, takich jak drewno klejone warstwowo lub m.in. elementów z drewna klejonego krzyżowo (CLT). Zoptymalizowana proporcja części gwintowanej i gładkiej pozwala na uzyskanie maksymalnych nośności przy jednoczesnym umożliwieniu wzajemnego dociągnięcia łączonych elementów. Efekt ten jest uzyskiwany dzięki zastosowaniu innego skoku gwintu w obu częściach wkrętu. Cylindryczna główka pozwala na zagłębienie wkrętu poniżej powierzchni drewna. Umożliwia to stosowanie krótszych łączników niż standardowe wkręty stożkowe lub talerzowe. Głębokie gniazdo TX6 zapewnia stabilne i pewne wkręcanie niezależnie od długości. Podcięte otrze ogranicza ryzyko pękania drewna i pozwala na łatwiejszy początkowy montaż pod kątem. Dzięki tej unikalnej budowie nie jest wymagane wstępne nawiercanie. Powłoka Protec+ o zwiększonej odporności na ścieranie przez tarcie wytwarzane w czasie montażu, zachowuje projektowaną odporność i trwałość łącznika po montażu (zdj. 3).

Jednym z zastosowań wkrętów SWD jest montaż krzyżowy pod kątem. Jest to rozwiązanie będące w stanie zastąpić klasyczny wieszak belki, stosowane od lat przez firmy specjalizujące się w projektowaniu i wykonywaniu konstrukcji z drewna klejonego warstwowo. Wkręt jest z reguły montowany pod kątem 45 stopni do powierzchni górnej łącznych elementów. Jeden wkręt jest wprowadzany od strony wierzchu dźwigara głównego, drugi od strony wierzchu płatwi dochodzącej. Z tego powodu często mówi się o parach wkrętów montowanych krzyżowo (zdj. 4.)

W przypadku tych połączeń należy zwrócić szczególną uwagę, aby po montażu gładka część gwintu wkrętu znalazła się w płaszczyźnie styku łączonych elementów. Dzięki temu uzyskamy efekt dociągnięcia łączonych elementów. Cylindryczny typ główki wkrętu umożliwia zagłębienie wkrętu poniżej powierzchni drewna. Aby uzyskać ten efekt należy zaopatrzyć się w bity o długości pozwalającej na odpowiednio głębokie ich wkręcanie. Korzyścią z tego rozwiązania jest możliwość stosowania krótszych wkrętów niż standardowe, o klasycznych kształtach główek. Dodatkowo dzięki zagłębieniu wkrętu poprawia się walory estetyczne (ukrycie elementów złącznych), co niesie jednocześnie pozytywny efekt w przypadku sytuacji pożarowej. Wtedy wkręt jest izolowany od wysokiej temperatury pożaru przez drewno.

Niezaprzeczalną zaletą stosowania dwugwintowych wkrętów montowanych parami krzyżowo jest szybkość montażu połączenia. Należy zwrócić jednak uwagę na fakt, że takie połączenia wymagają od montażysty bardzo dużej precyzji w pozycjonowaniu i prowadzaniu wkrętu. Nieznaczne odchylenia kąta mogą prowadzić do nieprawnych montaży. Z powodu tych wymogów i ograniczeń część montażystów niechętnie stosowała takie rozwiązania. Wychodząc naprzeciw tym problemom i mając na uwadze nie tylko najwyższą jakość produktów, ale także łatwość montażu i stosowania, Simpson Strong-Tie wprowadził na rynek szablon do GSCREW, przeznaczony do montażu wkrętów pod kątem (zdj. 5, 6).

Stosowanie krzyżowych par wkrętów jako połączenie dwóch belek z drewna klejonego wymaga pewnej wiedzy technicznej i znajomości procedur obliczeniowych. Co więcej, nie każdy wkręt można użyć w tym szczególnym zastosowaniu. W przypadku wkrętów SWD umożliwiają to zapisy Europejskiej Oceny Technicznej (ETA) dla wkrętów konstrukcyjnych serii Solid-Drive Simpson Strong-Tie. W katalogach technicznych wkrętów konstrukcyjnych projektanci mogą skorzystać z gotowych danych w postaci tabel z nośnościami takich połączeń. Wiele rozwiązań konstrukcyjnych dla konstrukcji z drewna klejonego warstwowo i drewna klejonego krzyżowo (CLT) jest prezentowanych w katalogu technicznym łączników konstrukcyjnych (zdj. 7).

Inną formą wsparcia projektantów jest darmowy program do obliczeń Solid Wood (zdj. 8).

Jest to oprogramowanie umożliwiające zdefiniowanie połączenia i zadanie sił obciążających. Program poprowadzi krok po kroku przez proces obliczeniowy i wskazuje sugerowane rozwiązania. Wygenerowana w ostatnim etapie notatka obliczeniowa może stanowić załącznik do projektu konstrukcyjnego.

„Zastosowanie montowanych krzyżowo wkrętów dwugwintowych SWD Simpson Strong-Tie znacznie zwiększyło efektywność pracy na budowie i szybkość realizacji obiektu”

Adam Kotarski
Prezes Modulam Sp. z o.o.

Ostatnim, ale chyba najważniejszym elementem wsparcia projektantów-konstruktorów jest dział techniczny Simpson Strong-Tie.
– Współpracujemy z Simpson Strong-Tie od lat i zawsze mogliśmy liczyć na pomoc ich inżynierów wsparcia technicznego. Korzystając z produktów tej firmy, poza najlepszymi złączami na rynku uzyskuje się dostęp do usług wsparcia technicznego niemających sobie równych wśród konkurencji. To dzięki efektywności na budowie, efektywności procesów projektowych i współpracy z wiodącymi dostawcami nasza firma może konkurować z najlepszymi – mówi Adam Kotarski, prezes firmy Modulam.
W razie pytań dotyczących wkrętów konstrukcyjnych SWD lub innych z serii Solid -Drive i ich zastosowań w konstrukcjach drewnianych 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