Problemy projektowania warstwy nośnej dachu z blachy trapezowej

Fot. 1 Hala ZEKON, Ruda Śląska – rozstaw płatwi 5,0 m

Dynamiczny rozwój budownictwa od lat 90. ubiegłego stulecia, a  zwłaszcza obiektów o szeroko rozumianych funkcjach publicznych (przemysłowych, handlowych, magazynów i centrów logistycznych, obiektów użyteczności publicznej itp.) wymusił potrzebę nowoczesnych rozwiązań zarówno materiałowych, jak i technologicznych.
Takie warunki spełnia lekka obudowa dachów i ścian.
W rozwiązaniach dachów podstawowym materiałem konstrukcyjnym stała się blacha trapezowa, której to stawia się coraz trudniejsze zadania:

• coraz większe rozpiętości,
• uwzględnienie funkcji stężającej pasy górne dźwigarów,
• uwzględnienie pracy tarczowej dachu,
• podwieszenie różnych instalacji,
• duże obciążenie (jak w przypadku dachów zielonych),
• spełnienie odpowiednich wymogów pożarowych.

Podział dachów ze względu na usytuowanie i funkcję blachy trapezowej:

• dachy jednowarstwowe nieocieplone (warstwa nośna =  warstwa kryjąca): blacha ułożona w pozycji „negatyw”,
• dachy dwuwarstwowe ocieplone: warstwa nośna – blacha  ułożona w pozycji „pozytyw”, warstwa kryjąca – blacha ułożona w pozycji „negatyw”,
• dachy ocieplone z izolacją termiczną i hydroizolacją na warstwie nośnej w postaci blachy trapezowej: blacha ułożona w pozycji „pozytyw”.

Relacja blacha trapezowa – konstrukcja
Dachy płatwiowe: blacha trapezowa ułożona na płatwiach, arkusze blachy ułożone równolegle do kierunku spadku dachu. rozstawy do 3,0 m. Płatwie gorącowalcowane lub zimnogięte mogą mieć rozstawy do 3 m, płatwie ażurowe, kratowe, blachownicowe rozstawy ponad 3 m.
Dachy bezpłatwiowe: blacha trapezowa ułożona na konstrukcji głównej, arkusze blachy ułożone prostopadle do kierunku spadku dachu. Rozstaw konstrukcji głównej najczęściej wynosi od 6 m do 8,5 m.

Czynniki decydujące o optymalnym doborze blachy trapezowej:

• schemat statyczny,
• rozstaw podpór,
• szerokość podparcia,
• schematy obciążeń,
• długość arkuszy wynikająca z ograniczeń transportowych,
• długość i ciężar arkuszy wynikające    z warunków montażowych.

Możliwości projektowania dachów bezpłatwiowych stawały się coraz większe w miarę rozszerzania oferty producentów blachy trapezowej – profile o wysokości 150 i 160 mm pozwalają na projektowanie coraz śmielszych rozwiązań.

Dlatego też poprawnie wykonana warstwa nośna dachu z blachy trapezowej powinna być poprzedzona dokładnie przemyślanym projektem wykonawczym zgodnym z obowiązującymi normami i przepisami, uwzględniającym najnowsze osiągnięcia wiedzy technicznej spełniającym wymogi inwestora. Prawda natomiast jest taka, że warstwa nośna dachu z blachy trapezowej w projekcie budowlanym zajmuje bardzo mało miejsca, również w projekcie wykonawczym nie jest traktowana z należytym szacunkiem.
Na etapie ofertowym następuje rozdział zakresów projektu wykonawczego:

• konstrukcja,
• dach,
• ściany.

Generalny wykonawca i wykonawca dachu najczęściej dochodzą do porozumienia w zakresie zmian w doborze profilu nie tylko co do producenta blachy trapezowej (jeżeli jest on wskazany w projekcie budowlanym), ale również co do zmiany profilu. Dokonywana jest optymalizacja cząstkowa.

Należy tu pamiętać o projektancie konstrukcji i wszystkich założeniach przyjętych przez niego w projektach: budowlanym i wykonawczym i zgodności z nimi.

Na etapie ofertowym lub po wyborze wykonawcy dachu mogą się pojawić inne warunki, w tym wymogi ubezpieczyciela, np. żądanie sporządzenia instrukcji odśnieżania czy żądanie przedstawienia obliczeń wytrzymałości łączników na obciążenia mające charakter huraganu.

Wymagania te muszą mieć swoje odzwierciedlenie w obliczeniach.

W projektach wykonawczych muszą być w jednoznaczny, kompletny i przejrzysty sposób zawarte wszystkie informacje dotyczące:

• zaprojektowanych blach fałdowych z opisem profilu i danymi producenta, grubości nominalnych blach, dostarczanych długości i ciężarów pakietów,
• miejsc składowania i dopuszczalnego ciężaru składowania dla poszczególnych pakietów,
• schematów statycznych dla blach fałdowych,
• kierunku montażu,
• przewidywanych łączników z opisem producenta i dokładnym podaniem typu,
• rozmieszczenia i rozstawu łączników zarówno wzdłuż, jak i w poprzek kierunku fałd  zgodnie ze statyką i wytycznymi montażu lub PN-EN 1993-1-3 (Eurokod 3), rozdz. 8, rys. 8.2,
• szczególnych wskazówek montażowych w zależności od rodzaju połączenia (np. średnicy otworów wierconych),
• typów kołków oraz ich parametrów, wymiarów elementów konstrukcyjnych, jak odstępy między osiami, krawędziami i narożnikami, średnicy otworów wierconych, podłoża kotew i grubości elementów konstrukcyjnych,
• rodzaju i szczegółów dotyczących konstrukcji nośnej, jak materiały i ich wytrzymałość, odstępów między osiami, kształtu podpór, spadku, szczegółów wzdłużnych i poprzecznych krawędzi powierzchni,
• rozmieszczenia szczelin dylatacyjnych, otworów w układanych powierzchniach włącznie z wymaganymi wymianami dla świetlików dachowych, instalacji do usuwania ciepła i dymu z budynków, odwodnień dachów, przelewów awaryjnych itd.,
• nadbudów lub podwieszeń (np. dla przewodów rurowych, wiązek kabli, sufitów),
• oznaczenia obszarów z planowaną pracą dachu jako tarczy,
• statycznie zaprojektowanego uciąglenia blach,
• ograniczenia nośności blach dla poruszania się po nich w trakcie ich montażu i układania izolacji termicznej i wodoszczelnej,
• maksymalnej dopuszczalnej szerokości spoiny w przypadku płyt warstwowych w celu zapewnienia dostatecznej szczelności pokrycia,
• typu uszczelek z taśm lub mas uszczelniających, w przypadku taśm uszczelniających wraz z wymiarami.

Co powinien zawierać projekt warstwy nośnej dachu
1.    Opis techniczny:3.    Rysunek rozkładu blach z naniesionymi wymianami:6.    Rysunki wymianów

Fazy pracy i obciążenia warstwy nośnej dachu
Fazy pracy blachy trapezowej dachowej:

• faza montażowa,
• faza eksploatacyjna.

Obciążenia:

• obciążenie stałe,
• obciążenie użytkowe,
• śnieg,
• wiatr.

Obciążenia fazy montażowej:

• ciężar blachy trapezowej,
• montażyści,
• wiatr.

Obciążenia fazy eksploatacyjnej:
a)    dach jednowarstwowy:

• sprawdzenie ze względu na ssanie wiatru – jak w fazie montażowej,
• sprawdzenie na pełne obciążenie (stałe, użytkowe, śnieg),

b)    dach dwuwarstwowy:

• blacha nośna – sprawdzenie na pełne obciążenie,
• blacha kryjąca – sprawdzenie blachy jak w dachu jednowarstwowym,

c)    dachy ocieplone:

• sprawdzenie na pełne obciążenie.

Stosowane rozwiązania wynikające z blachy trapezowej jako konstrukcji:

• różnicowanie grubości blach w zależności od obszaru obciążeń,
• zróżnicowane schematy statyczne,
• układ mijankowy,
• układy wzmocnione (podwójna blacha na podporze),
• podwójne blachy w obszarach szczególnie obciążonych.

Poniżej analiza porównawcza układów płatwiowych i bezpłatwiowych – być może przyda się przed podjęciem decyzji jaki system zastosować.

Zamiast podsumowania pozostawiam Czytelnikom, do projektantów natomiast kieruję kilka pytań z nadzieją wywołania dyskusji:

1. Jeżeli blacha trapezowa stanowiąca warstwę nośną dachu jest elementem konstrukcji, to czy nie powinna ona być ona oznaczona trwale tak jak inne elementy konstrukcji (aby była możliwość skontrolowania i porównania z projektem)?
2. Na razie jeszcze blachy na tym samym dachu nie były różnicowane materiałowo (gatunek stali), tylko grubością profili, które łatwo zamienić. Co się stanie, jeżeli i takie rozwiązania zaczną być stosowane?
3. Jak kontrolować ułożenie dwóch warstw blachy trapezowej na etapie montażu?
4. Jak kontrolować wszystkie styki konstrukcyjne blachy (zakładki zapewniające ciągłość, podwójną blachę na podporach)?
5. Jakie warunki muszą być spełnione przy zastosowaniu blachy podwójnej, jak ją liczyć, czy musi być dodatkowe szycie gwarantujące współpracę?
6. Co z zakładkami przy blachach podwójnych? Mogą występować i takie miejsca, w których będzie się łączyć nawet 8 arkuszy. Pamiętajmy, że arkusze blachy trapezowej mają swoją grubość i nie wchodzą ciasno w siebie.
7. Jakie jest stanowisko producentów blach w kwestii gwarancji w przypadku stosowania rozwiązania z blachami podwójnymi?

I na koniec jeszcze dwa spostrzeżenia.
Po oddaniu obiektu do użytku zaczyna on żyć swoim życiem. Służby techniczne właściciela nie zawsze panują nad sytuacją. Zmiany użytkowników powodują niejednokrotnie zmiany w warstwie nośnej dachu – szczególnie uczulam tu na przypadek tarczy.

Na dachach płatwiowych skutki ewentualnej awarii warstwy nośnej dachu będą miały charakter lokalny, w przypadku zastosowania blachy jako elementu konstrukcyjnego konsekwencje mogą być dużo gorsze.


Literatura:
[1]  PN-EN 1993-1-3 Eurokod 3. Projektowanie konstrukcji stalowych. Część 1–3; Reguły ogólne. Reguły uzupełniające dla konstrukcji z kształtowników i blach profilowanych na zimno. Sierpień 2008.
[2]  PN-B-03207 Konstrukcje stalowe. Konstrukcje z kształtowników i blach profilowanych na zimno. Projektowanie i wykonanie. Grudzień 2002.
[3]  DIN 18807 Stahltrapezprofile. Teil 1÷3. Juni 1987.
[4]  Bródka J., Gancarek R., Miłaczewski K.: Blachy fałdowe w budownictwie stalowym. Arkady 1999
[5]  Biegus A.: Wzmocnione blachy fałdowe – projektowanie. Builder luty 2008.
[6]  Biegus A., Czepiżak D., Stojewski T.: Projektowanie wieloprzęsłowych blach fałdowych z uwzględnieniem ich nośności plastycznej. Inżynieria i Budownictwo. 1/2006
[7]  Biegus A., Kowal A.: Nośność sprężysta blach fałdowych zginanych obciążeniem skupionym. Konstrukcje stalowe nr 14. Grudzień 1996.
[8]  DAFA ID 1.01 Stalowe blachy trapezowe jako konstrukcja nośna dachów płaskich.
[9]  DAFA ID 5.04 Otwory w dachach wykonanych ze stalowych profili trapezowych.
[10]  DAFA M 1.01 Wytyczne doboru łączników do montażu stalowych blach profilowanych dachów i ścian.
[11]  Biegus A.: Zeszyty edukacyjne Buildera. Zeszyt 1 – Podstawy projektowania konstrukcji. Oddziaływanie na konstrukcje. Projektowanie konstrukcji stalowych. Styczeń 2011.
[12]  ThyssenKrupp Bausysteme – Prüfbescheid II B2-543-921 – Info 4.3.5.
[13]  Hoesch Bausysteme - Prüfbescheid – Info 4.3.5.
[14]  Wilk M. :Blacha trapezowa jako konstrukcja nośna dachów – projektowanie i dobór profili. Nowoczesne Hale. 3/2013.
[15]  Wilk M.: Projektowanie warstwy nośnej dachu z blachy trapezowej. Nowoczesne Hale. 6/2014.
[16]  Wilk M.: Projektowanie warstwy nośnej dachu z blachy trapezowej – historia i teraźniejszość. Nowoczesne Hale. 4/2016.
[17]  DAFA ID 1.00    Wytyczne do projektowania i wykonania lekkich metalowych obudów ścian i dachów.


mgr inż. Michał Wilk
Stowarzyszenie DAFA