Drewno konstrukcyjne - przetwarzanie fabryczne

Szorstkie drewno lite

Zokazji Świąt pozwolę sobie przekazać Państwu prezent: na końcu artykułu podam kilka popartych konkretnymi wyliczeniami podpowiedzi, jak zwiększyć dochodowość firmy ciesielskiej. Wyliczenia pochodzą z praktyki – oparte są o obserwacje procesu budowy dwóch konkretnych więźb zbudowanych przez moją firmę w ostatnim czasie.

Tartaki i tartaki
Tymczasem przenosimy się do fabryki drewna. Tartak, bo tak kojarzymy ową fabrykę, to w dzisiejszych czasach pojęcie mocno zróżnicowane. Czasem oznacza trak pod wiatą, czasem zautomatyzowaną linię wielu maszyn, w której skład wchodzą urządzenia sortujące drewno okrągłe, maszyny przecierające, suszarnie, strugarki, sterowane komputerowo autoklawy próżniowo-ciśnieniowe i wreszcie urządzenia obróbki numerycznej CNC i biuro komputerowego modelowania konstrukcji.

Równie zróżnicowane są produkty tartaków. Od szorstkiego drewna malowanego ręcznie impregnatem, poprzez tarcicę suszoną i struganą, tarcicę klejoną poprzeczne (mikrowczepy) w celu eliminowania cech zmniejszających wytrzymałość (tzw. KVH), do materiału prefabrykowanego, gotowego do montażu. Oczywiście za rozbudową procesu produkcyjnego podąża cena. Istnienie takich produktów na rynku jest dowodem, że ich stosowanie mimo wyższej ceny musi być opłacalne. Postaramy się to wyjaśnić.

Produkty z tartaku
Zacznijmy od przypomnienia, że każdy tartak niezależnie od zaawansowania ma obowiązek prowadzić sortowanie wytrzymałościowe swojego produktu i potwierdzać pisemnie za pomocą zgodnych z prawem deklaracji, że jego produkt spełnia parametry wytrzymałościowe określone w projekcie, według którego wystosowano zamówienie. Teoretycznie zakładamy więc, że każdy z produktów, które wymienię poniżej, ma właściwą klasę wytrzymałościową.

Standardową, najczęściej spotykaną na rynku tarcicą jest szorstkie drewno lite.

Praktyka pokazuje, że takie drewno często ma wysoką wilgotność, jest impregnowane ręcznie lub zanurzeniowo (ale w obu przypadkach powierzchniowo) i podatne na wymywanie impregnatu przez opady. Jakość powierzchni tego materiału jest zależna od stosowanych metod tarcia. Traki pionowe, tarczowe lub taśmowe zapewniają bardziej lub mniej gładką powierzchnię. W efekcie geometria drewna jest różna, a to pociąga za sobą czas przygotowania przez cieślę do montażu. Na materiale o słabej geometrii trudniej wyznaczyć precyzyjnie linie cięcia, miejsca gniazd w krokwiach koszowych itp. Balansujemy zatem między czasem wykonania więźby i precyzją złączy ciesielskich, czyli ostateczną sztywnością całego ustroju. Przeciętny rynkowy koszt metra sześciennego takiego drewna to 750-850 zł/m³ netto.


Drewno KVH, suszone i strugane

Jeśli to samo drewno przed impregnacją zostanie wysuszone i ostrugane, to otrzymamy tarcicę litą o gładkich powierzchniach, stanowczo lżejszą, łatwiejszą do obróbki ciesielskiej. Z takiego materiału można z powodzeniem wykonać nawet elementy dekoracyjne (np. słupy, które pozostaną widoczne). Najważniejszą zaletą jest jednak pewność, że poszczególne elementy pracujące na zginanie - krokwie, płatwie - mają właściwą sztywność. Oczywiście tak trasowanie, jak i praca elektronarzędziami w takim materiale jest znacznie szybsza, bardziej precyzyjna, ostrza mniej się zużywają, a prowadnice nie oklejają. Dużą zaletą stosowania tego drewna jest fakt, że ani inspektor nadzoru budowlanego ani klient nie zgłoszą pretensji do wilgotności materiału, którą definiują wytrzymałościowe normy techniczne. Przeciętny koszt tego materiału to 1000-1200 zł/m³ netto.

Wśród standardowych materiałów konstrukcyjnych spotykamy też na rynku tzw. drewno KVH.
Jest to materiał – jak wyżej – suszony i strugany. Od tarcicy litej suszonej różni się tym, że jeśli tartak trafia na sztukę o np. zbyt dużym sęku, to w ramach sortowania wytrzymałościowego nie musi odrzucać całej sztuki, ale przecina ją tak, by wyeliminować jedynie ten sęk. Z powstałych w ten sposób krótkich odcinków skleja z powrotem długą belkę, stosując złącze mikrowczepowe. Takie złącze jest mocniejsze niż sama belka. Test zniszczeniowy, polegający na łamaniu belki w tym miejscu kończy się zwykle pęknięciem poza złączem. Miejsca powodujące zmniejszenie wytrzymałości drewna poszukiwane są w tej technologii zwykle przez skaner rentgenowski, analizujący cały przekrój belki. W porównaniu do tarcicy litej daje większą pewność pod względem wytrzymałościowym.

Technologia produkcji jest niemal bezodpadowa, więc koszt produkcji drewna KVH powinien być niższy niż od tarcicy litej. Tak jednak nie jest dlatego, że materiał KVH nie jest produkowany w Polsce. Wyższe koszty produkcji w Niemczech czy Skandynawii i transport powodują, że cena sięga poziomu 1400-1600 zł netto i więcej. Na takich liniach produkuje się materiał o standardowych przekrojach i długościach zwykle 13 metrów. Później drewno jest konfekcjonowane na żądane odcinki. Tarcicę litą produkuje się w dowolnych przekrojach, tu jednak typoszereg jest na tyle duży, że zwykle znajdujemy wszystkie potrzebne przekroje.


Skaner laserowy do obmiaru obiektu z natury

Bardziej zaawansowane odmiany drewna konstrukcyjnego powstają przez klejenie warstwowe lub fornirowe. W ten sposób uzyskuje się materiał o bardzo dobrej stabilności wymiarowej, niepodatny na odkształcenia. Technologia daje możliwość produkcji niestandardowo dużych przekrojów, np. 36 x 100 cm. Możliwe jest również gięcie drewna i kształtowanie go w łuki o niemal dowolnym promieniu.

Klasyfikacja wytrzymałościowa takiego materiału jest nieco inna. Ocenia się bowiem nie tylko składowe elementy – lamele przeznaczone do klejenia, ale również samą technologię klejenia. Dla odróżnienia zmieniono oznaczenia klas. Zamiast C24 stosuje się tu GL24. Co ciekawe, do wyprodukowania materiału GL28 wystarczą lamele o klasie C24.

Często mówi się, że drewno klejone warstwowo ma większą wytrzymałość niż lite. Porównując belkę C24 i GL24 o tym samym przekroju, mamy jednak materiał o tej samej wytrzymałości (np. na zginanie). Inna sprawą jest, że GL24 wyprodukowano z elementów o niższej klasie. To jednak jest dla użytkownika transparentne.

W związku z tym, że koszt materiału klejonego warstwowo zaczyna się od 2500 zł/m3 netto, stosuje się go tam, gdzie niezbędna jest odporność na paczenie i pękanie, czyli na aplikacje dekoracyjne lub tam, gdzie w rachubę wchodzą przekroje niemożliwe do wyprodukowania w technologii drewna litego.


Komputerowy projekt więźby dachowej

Drewno wycinane komputerowo
Sądzę, że powyższy podział tarcicy konstrukcyjnej jednak większość z nas zna. Przytoczyłem go dla porządku. W nielicznych zakładach produkcyjnych stosuje się jednak jeszcze jeden proces, który zasadniczo zmienia sposób pracy cieśli. Jest to fabryczne przygotowanie do montażu na maszynach sterowanych komputerowo (CNC). Taka maszyna „wie”, czym jest zamek ciesielski skośny, wrąb, czop, gniazdo, otwór, profil krokwi narożnej, gniazdo narożne lub koszowe, szczelina blachy węzłowej, nakładka i inne złącza ciesielskie. Wyposażona jest w wiele narzędzi – frezy talerzowe, palcowe, wiertła, pisaki, piły. Każde z narzędzi potrafi się z ogromną precyzją obrócić w dowolnym kierunku. Z równą precyzją, sięgającą ułamków milimetra obraca też, przesuwa i mierzy samą belkę. Czemu to służy?

Otóż efektem takiej produkcji są klocki Lego. To często używane porównanie jest doskonale uzasadnione. Na budowę dostarczane są bowiem elementy nie wymagające żadnej obróbki – gotowe do montażu. Każda belka ma już przygotowane wszelkie złącza i oznaczona jest unikatowym numerem. Wraz z konstrukcją dostarczane są też kolorowe instrukcje w postaci sztywnych, odpornych na wodę plansz w formacie A3. Te instrukcje krok po kroku pokazują, gdzie należy zamontować dany element, w jakich odstępach w poziomie i pionie. Innymi kolorami narysowane są murłaty, płatwie, krokwie, więc odczytywanie jest bardzo proste. Na instrukcjach zapisane są też unikatowe numery. Kolejno zatem bierzemy z paczki poszczególne murłaty z przygotowanymi nakładkami, słupy z czopami, płatwie z gniazdami, krokwie narożne czy koszowe z zaciosami, profilami górnymi i zaciętymi końcówkami, krokwie z zaciosami, jętki z jaskółczymi ogonami, układamy na swoim miejscu i skręcamy. Dużą zaletą takiego przygotowania jest precyzja złączy oraz to, że są to złącza ciesielskie. Tak zmontowana więźba uzyskuje zatem maksymalną sztywność i odporność na warunki ekstremalnych obciążeń. Koszt tak przygotowanego materiału wraz z impregnacją ciśnieniową i certyfikacją wytrzymałościową to 1300-1400 zł/m³ netto.


Budynek nr 1

Najważniejszą zaletą takiego materiału jest jednak zmniejszenie nakładu pracy na budowie. Firma HPMP przygotowuje materiał w tej technologii już od kilku lat. Z naszych obserwacji wynika, że czas potrzebny na montaż to zaledwie 25% nakładu robocizny potrzebnego przy standardowej technice montażu. Z punktu widzenia organizacji procesu budowlanego jest to zaletą na każdej budowie. Często też rozwiązuje problem pracy na budowach w centrum miast, gdzie skrócenie czasu montażu oznacza mniej problemów np. z blokowaniem okolicznych ulic.

W przypadku stosowania impregnacji ciśnieniowej mamy też pewność zabezpieczenia wszystkich powierzchni, gdyż ten proces wykonywany jest po wszystkich obróbkach. Brak potrzeby docinania i kształtowania elementów na budowie oznacza, że nie odsłania się żadnych powierzchni. W procesie obróbki CNC mamy też możliwość niemal dowolnego ukształtowania dekoracyjnego końcówek krokwi.

Komputerowe projektowanie więźby
Co jednak zrobić, gdy budynek nie jest idealnie zgodny z projektem i skąd maszyna wie, jakie złącza przygotować na którym elemencie?

Wyjaśnienie leży w przygotowaniu procesu produkcyjnego. Różni się ono bowiem od standardowego. Zaczynamy od przygotowania komputerowego –przestrzennego wymodelowania więźby zgodnie z projektem (lub jej zaprojektowania w naszej firmie).

Taki wstępny projekt pozwala na przygotowanie szczegółowej wyceny. Kolejnym etapem, najważniejszym w całym procesie jest wykonanie pomiarów z natury. Budynek obmierzamy laserowym skanerem. W efekcie otrzymujemy trójwymiarowy obraz stanu faktycznego – wymiary poziome i rzędne (wysokości), a nawet lokalizacja szpilek na wieńcu. Dokładność pomiarów naszymi urządzeniami marki Leica to 0,1 mm na 10 metrów.

Wszystkie gabaryty, włącznie z poziomami importowane są do wcześniej przygotowanego modelu komputerowego. W ten sposób dopasowujemy więźbę teoretyczną do stanu faktycznego. Program definiuje połączenia między elementami, kontroluje kolizje, nadaje każdej belce unikatowy numer, generuje instrukcje montażu oraz instrukcje dla maszyny CNC. W kolejnej fazie produkcji pozostaje położyć na stole maszyny belkę o odpowiednim przekroju, powiedzieć maszynie, że jest to np. belka nr 74, a reszta odbywa się automatycznie.


Budynek nr 2

Świąteczny prezent
A teraz obiecany prezent świąteczny. Niech będzie zachętą do głębszej analizy i przyniesie Państwu korzyści w Nowym Roku. Przedstawię nasz sposób kalkulowania nakładu pracy i uzasadnię możliwość zwiększenia dochodowości Państwa firmy.

Porównajmy rozwiązanie tradycyjne i oparte o materiał CNC. Załóżmy, że firma ciesielska jest 4-osobowa i właściciel jest jedną z osób pracujących. Przyjmijmy miesięczne wynagrodzenie pracownika na poziomie 4600 zł brutto (ok. 3500 zł „na rękę”), czyli tygodniowo 1150 zł.

Koszt tarcicy budowlanej tradycyjnej: ok. 800 zł/m³ netto, koszt tarcicy impregnowanej ciśnieniowo, certyfikowanej wytrzymałościowo i przygotowanej numerycznie w technologii CNC: ok. 1400 zł/m³ netto.

Za przykład posłużą dwa budynki:

• pierwszy z woj. małopolskiego: powierzchnia dachu 350 m², 15 m³ tarcicy, dach kopertowy z dwoma ośmiokątnymi wieżami zintegrowanymi z dachem głównym poprzez kosze i mający 6 kopertowych lukarn. Murłaty każdej lukarny/wieży na innym poziomie,
• drugi z woj. lubuskiego: 402 m², 20 m³ tarcicy, dach na planie krzyża, wszystkie odnogi kopertowe (8 naroży i 4 kosze), rama płatwiowa również na planie krzyża.

Montaż więźby w pierwszym budynku przez 4-osobową ekipę zaplanowano na 3 tygodnie, w drugim na 2 tygodnie. Stosując materiał przygotowany numerycznie, więźbę budynku pierwszego zbudowano obsadą 4-osobową w ciągu trzech i pół dnia.

Przeanalizujmy koszty.
Budynek pierwszy
Przy zastosowaniu rozwiązań tradycyjnych:

• drewno 800 zł/m³ x 15 m³ = 12 000 zł,
• robocizna 45 zł/m² x 350 m² = 15 750 zł.

Razem ogólny koszt netto: 27 750 zł.
Wynagrodzenie pracowników (3 tygodnie, 3 osoby): 10 350 zł
Dochód firmy ciesielskiej (3 tyg.): 5 400 zł,
czyli tygodniowo 1 800 zł.
Przy zastosowaniu drewna przygotowanego numerycznie:

• drewno 1 400 zł/m³ x 15 m³ = 21 000 zł,
• robocizna (aby utrzymać ten sam poziom) = 6 750 zł

Razem ogólny koszt netto: 27 750 zł.
Wynagrodzenie pracowników, nawet zakładając mniejszą wydajność: 1 pełny tydzień, 3 osoby: 3 450 zł.
Dochód firmy ciesielskiej: 3 300 zł, czyli tygodniowo 3 300 zł.
W pozostałych dwóch tygodniach można wykonać kolejne dwie inwestycje, zatem w tym samym czasie dochód wyniesie niemal 10 000 zł.

Analiza pokazuje niemal dwukrotny wzrost dochodowości pomimo stosowania pozornie niższych stawek za robociznę. Kluczem jest odejście od kalkulacji za m2 dachu na korzyść kalkulowania stawki na podstawie czasu pracy.

Dodatkowym dowodem jest fakt, że więźbę na budynku drugim, z dachem o większej powierzchni i większej ilości materiału, wykonaliśmy w 2,5 dnia – UWAGA – ekipą 2-osobową!

Porównaliśmy w ten sposób produkt tradycyjny z nowoczesnym, precyzyjnym i spełniającym wszystkie możliwe wymogi budowlane. Dyskusyjną sprawą jest, czy należy produkt lepszy sprzedawać za cenę produktu tradycyjnego. Tylko od sprzedawcy zależy, czy potrafi wskazać nabywcy korzyści płynące z zakupu materiału certyfikowanego, impregnowanego ciśnieniowo i przygotowanego numerycznie. W każdym razie pewne jest, że szef firmy dbający o rozwój, korzystając z technologii CNC jest w stanie w długoterminowej perspektywie znacząco zwiększyć dochodowość firmy. Dzięki temu w skali roku znajdzie budżet na poważne inwestycje, a i na zasłużone wakacje coś jeszcze zostać powinno.

I takich to pięknych i zasłużonych wakacji życzymy Państwu w Nowym Roku!


Hubert Pietrzak
HPMP Hubert Pietrzak