Złącza konstrukcyjne do drewna

Złącza (łączniki) konstrukcyjne do drewna (ciesielskie) to perforowane profile z wysokogatunkowej ocynkowanej blachy stalowej (SD250GD) o grubości od 1 do 4 mm. Ich kształty są dostosowane do typowych połączeń drewna w konstrukcjach drewnianych. „Filozofia produktu” jest prosta: belki przycina się pod odpowiednim kątem i bez wycinania w drewnie zamków ciesielskich łączy się je na styk pod różnymi kątami za pośrednictwem odpowiednio wyprofilowanej blachy. Montaż jest łatwy, zmniejsza się zużycie drewna, a konstrukcja zyskuje na pewności i sztywności.

Złącze mocuje się do belki głównej, wbijając w perforację (otwory) specjalne karbowane gwoździe („anchory”) o średnicy od 3,1 do 4 mm i długość od 35 do 100 mm, które „wgniatają” się w drewno (nie rozszczepiając go jak gwoździe gładkie) karbami i gdy drewno schnie i kurczy się, tkwią w nim nieruchomo. Anchory są stożkowo pogrubione pod łebkiem, pracują na ścinanie w otworze łącznika całym swoim przekrojem i dzięki temu przenoszą określone siły (dużo większe obciążenia, niż zwykłe gwoździe o jednakowym przekroju na całej długości).

Na rynku jest wielu producentów dziurkowanych blaszek. Natomiast producent markowych złączy wykonuje testy i publikuje gotowe tabele z gwarantowanymi obliczeniami statycznymi, za pomocą których konstruktor łatwo obliczy każdy punkt konstrukcji. A więc – aby złącza móc nazwać konstrukcyjnymi – muszą być spełnione trzy warunki: odpowiedniej klasy drewno plus przetestowane złącze plus karbowany gwóźdź. Te trzy elementy razem tworzą węzeł konstrukcyjny. Stosowanie „garażowych” wyrobów albo przybijanie złączy zwykłymi gwoździami to strata czasu i pieniędzy oraz ryzyko zawalenia się konstrukcji.

Złącza służą do łączenia belek bezpośrednio na placu budowy, czyli belka po belce. Tym różnią się od płytek kolczastych (tzw. „jeży”), które wprasowuje się w cienkie kantówki jednakowej grubości i które służą do prefabrykacji kratownic w fabrykach.

Istnieje wiele rodzajów łączników do połączeń drewno/drewno, drewno/beton i drewno/stal. Ich kształt i wielkość oraz długość dobranych gwoździ zależy od przekrojów drewna i rodzaju połączenia (np. krokiew/jętka, krokiew/płatew, belka/ murłata, belka/słup itd.).

Najpowszechniej używane są:

• Złącza kątowe, czyli kątowniki (zwane przez majstrów starej daty „winklami”) do prostopadłych, czyli krzyżowych połączeń, np. belka/legar, słup/belka. Mogą mieć ramiona równej albo różnej długości. Mogą być w wersji wzmocnionej i wtedy mają tzw. żebro, czyli wytłoczenie. Te stosować należy na konstrukcji o dużym spadku, np. na łukowatych żebrach. Najpopularniejsze złącze kątowe to tzw. „dziewięćdziesiątka”, czyli kątownik o ramionach dł. 90 mm.
• Płytki perforowane do połączeń w jednej płaszczyźnie, np. miecz/słup, jętka/krokiew. Są na pewno lepszym rozwiązaniem, niż ciągle stosowane kawałki desek. Ponadto, mając grubość 1,5 lub 2 mm, nie przeszkadzają w zakładaniu instalacji. Standardowo mają rozmiary od 40 x 120 mm do 200 x 300 mm, ale dla dużych konstrukcji można je zamówić w wymiarach do 3,9 mkw. Można też wycinać samemu dowolne kształty z dużych blach perforowanych, ale należy to robić zgodnie z zasadami opisanymi dokładnie w katalogu inżynierskim.
• Taśma perforowana służy do stężania konstrukcji i zastępuje dawną drewnianą wiatrownicę. Mając tę samą zaletę małej grubości, co płytki, nie wymaga nabijania dodatkowych kontrłat. Można od razu na krokwie kłaść poszycie, np. z płyty OSB. Taśmy stalowe można dostać w rolkach po 25 i 50 m.b. Jeśli to mało, można odcinki taśmy łączyć i przy okazji naciągać złączkami do taśmy (rzymska śruba). Napięcie 50 m taśmy o przekroju 60 x 2 mm bez użycia dźwigni jest niemożliwe, toteż producent pomyślał o małym urządzeniu zwanym naciągarką do taśmy. Do wielkich dźwigarów z drewna klejonego, których łuki o rozpiętości nawet 100 m tworzą piękne konstrukcje drewniane, stosuje się też obok taśm naciągi z prętów o nagwintowanych końcach.
• Wsporniki belek, czyli tzw. „buty” albo wieszaki lub siodełka. Przybija się je do dźwigarów, murłat albo oczepów i w nich jak w strzemionach zawiesza się prostopadle belki drugorzędne. Buty typu „I” mają wąsy zagięte do wewnątrz. Przybija się je tam, gdzie na zwykłe buty nie ma miejsca, np. belka do słupa o tej samej grubości. Istotna jest szerokość wewnętrzna dopasowana do standardowych grubości drewna budowlanego. Przydatne są „buty” o szer. wewn. 38 mm do „tubajforów”, czyli elementów szkieletu drewnianego. Są też buty typu „S” – z żebrami, szczególnie przydatne do przyjmowania dwuosiowych obciążeń w bardzo pochyłych konstrukcjach dachowych. Inny rodzaj to wieszaki o przekroju litery „T” – stalowe z otworami lub aluminiowe – bez otworów. Służą do połączeń krytych (niewidocznych). Belkę nacina się pionowo, nasadza na wspornik i kotwię kołkami stalowymi ø8 i ø12.
• We wspornikach ALU wszystkie otwory „drewno-aluminium-drewno” wierci się naraz. Nie trudno zgadnąć, że to daje 100 proc. dokładności otworów, w które wbija się kołki stalowe.
• Wsporniki Gerbera (nazwisko niemieckiego konstruktora) łączą belki wzdłuż. Dzięki nim z krótkich odcinków można uzyskać belkę „wędrującą” przez kilkadziesiąt metrów bieżących konstrukcji. Połączenie wypada w powietrzu w zerowym punkcie (moment), czyli w 1/5 rozpiętości odcinka, np. płatwi pomiędzy legarami. Są prawe oraz lewe i zawsze występują parami. „Gerbery” są chyba przykładem najefektywniejszego zastąpienia dawnego zamka ciesielskiego złączem, które łączy obie belki na styk. Na takim połączeniu oszczędza się nawet metr bieżący belki.
• Kotwie (a nie „kotwy”, bo odmieniają się jak żagwie) drewno/beton i drewno/ stal (do łączenia tregry stalowej z belką drewnianą), kotwie krokwiowo-płatwiowe, które dają nie tylko łączenie, ale też zabezpieczenie krokwi położonych na wiązarach od naporu wiatru. Pozwalają na zmienne odstępy pomiędzy krokwiami w dachach jętkowych. Konstrukcja dachu nie jest wtedy zależna od belkowania stropu. Są dobre również do zamocowania jętek.
• Knagi są szczególnie przydatne do mocowania płatwi (one też się odmieniają jak „żagwie”) do pochyłych dźwigarów. Wyglądają jak winkiel z dospawanymi bokami. Przenoszą ogromne siły. Dobre są też jako konsole podpierające belki. W dobie mody na „techno design” robią karierę jako konsole półek w nowoczesnym wnętrzu.

• Wsporniki słupów (kotwie słupów, stopki, stopy fundamentowe) do osadzania słupów w betonie lub na drewnie. Można je generalnie podzielić na wsporniki do zabetonowania i te do przykręcania kołkami rozporowymi do już wcześniej wylanego betonu. Mają kształt litery „U” i wtedy obejmują słup (są widoczne), albo odwróconej litery „T” i wtedy wchodzą w nacięcie w słupie, chowając się w nim. Często mocuje się je do drewna dyblami stalowymi ocynkowanymi elektrolitycznie. Przydatną rzeczą jest tu szablon do wiercenia otworów – pomaga wcelować wiertłem. Wiele rodzajów wsporników słupa ma regulację wysokości, co bardzo pomaga wypoziomować cały, jak to się kiedyś mówiło – „ustrój budowlany”.
• Złącza uniwersalne – do mocowania płatwi (znów ta deklinacja) na belkach, krokwi na płatwiach oraz do połączeń ryglowych. Mają trzy płaszczyzny mocowania, co czyni montaż połączeń nośnych wygodnym i skutecznym. Są w wersji „prawe” i „lewe”, ale nie są bliźniakami, jak złącza Gerbera. Można je stosować parami (wtedy koniecznie diagonalnie), ale też pojedynczo. W zależności od rozmiaru i wielkości przenoszonych sił mają nazwy Micro, Mini, Midi i Maxi.
• Cała gama ok. 6000 rodzajów/rozmiarów złączy stosowanych w Ameryce, a u nas ciągle jeszcze mało znanych. Dzieje się tak głównie dlatego, że są głównie przystosowane do budownictwa szkieletowego, które w USA stanowi 80 proc. Jednak wiele z nich można stosować w każdym budownictwie drewnianym. Przykłady to: wspornik stopni schodów, klipsy do usztywniania poszycia z OSB albo sklejki, klipsy do desek tarasowych, wsporniki desek (np. do balustrad) i wiele innych.

Co ogólnie daje stosowanie złączy ciesielskich?

Stosując złącza ciesielskie, budowniczy oszczędza:

• Na drewnie: łączenie na styk pozwala do tych samych obciążeń zastosować belki krótsze o zaciosy i o mniejszych przekrojach (można oszczędzić 30 proc. drewna).
• Na transporcie: wynika z powyższego.
• Na czasie: dzięki prostocie montażu znacznie skraca się czas wykonania konstrukcji. A czas kosztuje coraz więcej. Belki przycięte według projektu można okuć złączami na ziemi i tak przygotowane szybko składać na górze.
• Na robociźnie: nie potrzeba wykwalifikowanych cieśli. Wystarczy jeden, który umie czytać projekt.
• Na sprzęcie: ponieważ ideą złączy jest łączenie elementów na konstrukcji – nie potrzeba ciężkiego sprzętu, zwłaszcza przy budowie dachu na domu jednorodzinnym.
• Na nerwach: i projektant, i wykonawca, i inwestor mogą spać spokojnie pod konstrukcją opartą na markowych złączach, ponieważ producent gwarantuje jakość i skuteczność połączeń odpowiednimi badaniami i atestami.
• Na dalszych pracach typu zakładanie ociepleń: większość złączy jest zrobionych z blachy o grubości 2 mm.

Duża rozmaitość złączy pozwala budować obiekty od hal sportowych (słynna już „Łódź Wikingów” z Norwegii), wielkich i skomplikowanych architektonicznie budynków użyteczności publicznej (gmach opery w Sydney) czy nowoczesnych kościołów przez domy mieszkalne, na wiatach i pergolach oraz drewnianych mostach kończąc. Złącza są dobre zarówno dla budownictwa szkieletowego, jak dla zwykłych więźb dachowych na budynkach murowanych.

Juliusz Głowacki

Zdjęcia pochodzą z archiwum firmy Simpson Strong-Tie