Szkody w pokryciach dachowych, cz. 1

Wstęp
Dach jest zewnętrzną przegrodą budowlaną, zamykającą obiekty budowlane od góry, mającą na celu ich ochronę przed środowiskiem oraz środowiska stworzonym przez człowieka. Składa się z części nośnej oraz pokrycia.

Stropodachem natomiast określa się odpowiednio docieplony strop zamykający budynek od góry, znajdujący się nad jego ostatnią pełnowartościową kondygnacją, pełniący jednocześnie funkcję dachu (najczęściej płaskiego), pod którym nie występuje już typowe, wydzielone poddasze. Stropodachy, podobnie jak dachy, posiadają konstrukcję nośną oraz pokrycie, lecz charakteryzują się inną budową.

Pokryciem dachowym jest zewnętrzna warstwa dachu lub stropodachu wykonana z materiałów odpornych na oddziaływania klimatyczne i przenikanie opadów atmosferycznych, zdolna przekazać obciążenia statyczne oraz dynamiczne na konstrukcję nośną. Powinna być ona odporna na uszkodzenia mechaniczne, skoki temperatur, promienie UV oraz korozję biologiczną. Pokrycia dachowe powinny charakteryzować się również odpornością na okresową zmianę ich wymiarów, doskonałą przyczepnością do podłoża, na którym są przewidziane do ułożenia oraz możliwością łatwych napraw, uzupełnień i wymian.

Obecnie w budownictwie stosuje się, podobnie jak w przeszłości, pokrycia drewniane, ceramiczne, cementowe, włókno-cementowe, papowe, z tworzyw sztucznych, blaszane (stalowe powlekane, cynkowe, aluminiowe, tytanowo-cynkowe, ołowiane, miedziane), szklane, a nawet strzechy. Od stanu technicznego i trwałości dachów lub stropodachów zależy stan techniczny i trwałość całych obiektów.

Dachy, tak jak wszystkie pozostałe elementy składowe obiektów budowlanych, są podatne na procesy starzenia, a także na uszkodzenia niebędące efektem ww. procesów, a wynikające z nagłych, nieprzewidzianych zdarzeń, jakimi są katastrofy budowlane. Poniżej, na dwóch wykresach (rys. 1, rys. 2) przedstawiono skalę uszkodzeń dotyczącą zarówno konstrukcji, jak i pokryć dachowych. Znaczącą liczbę uszkodzeń pokryć dachowych będących efektem oddziaływania porywów wiatru stanowią pokrycia blaszane.


Rys. 1. Porównanie ilości katastrof „dachowych” z lat 2010–2014 do innych elementów obiektów budowlanych (wg GUNB)



Rys. 2. Liczba katastrof budowlanych dotycząca wyłącznie dachów

Na rys. 1 wyraźnie zauważalna jest znacząca pozycja dachów w ilości katastrof budowlanych. Ponadto, w 2010 i 2012 roku liczba ich katastrof wyraźnie górowała na pozostałymi elementami.

Udział dachów w wartości odtworzeniowej budynków jest znaczący. Zależy on od wieku budynku, ilości jego kondygnacji, rodzaju konstrukcji oraz pokrycia. W oparciu o badania własne, poniżej zamieszczono przykładową wielkość udziału konstrukcji i pokrycia dachów w konstrukcji budynków:

• budynki starsze: łącznie 6–25% (konstrukcja dachu: 3–12%; pokrycie dachowe: 3–14%),
• budynki nowe: łącznie 6–30% (konstrukcja dachu 3–15%; pokrycie dachowe: 3–16%).

Dla dachów, podobnie jak i dla pozostałych elementów obiektów budowlanych można wskazać ich „słabe miejsca”, tj. lokalizacje, w których najczęściej powstają defekty, z których część może doprowadzić w konsekwencji do zagrożenia katastrofą budowlaną. Szkody powstałe w dachach i na dachach, niebędące katastrofami ani awariami budowlanymi również będą zawsze bezpośrednio wpływać na stan techniczny, tj. destrukcje pozostałej części obiektów. Z tego powodu ich projektowanie, a następnie wykonawstwo oraz eksploatacja nie powinny być oparte jedynie na rutynie, lecz wręcz przeciwnie – wymagają one każdorazowo indywidualnego podejścia.

Rodzaje obciążeń oddziaływujących na dachy
Za obciążenie dachu jest uznawane wszelkie oddziaływanie fizyczne, które może wywoływać w jego elementach konstrukcyjnych, uzupełniających oraz pokryciowych naprężenia, odkształcenia, przemieszczenia, zarysowania lub spękania (rys. 3). Tak więc obciążeniem będzie tu zarówno pojedyncza, skupiona siła lub zespół sił skupionych lub też rozłożonych, oddziaływujących bezpośrednio, jak również wymuszenie lub ograniczenie odkształceń (obciążenie pośrednie). Konstrukcje i pokrycia dachów są podatne również na deformacje konstrukcji kondygnacji niższych, wskutek ich zużycia, uszkodzeń lub też oddziaływania na nie obciążeń dla nich wcześniej nieprzewidzianych. Do obciążeń działających na dachy i stropodachy można zaliczyć:

• obciążenia stałe, których wartość, kierunek i położenie pozostają niezmienne w czasie użytkowania dachu lub w innym rozpatrywanym okresie, np. w czasie montażu lub remontu. Należą do nich: ciężar własny konstrukcji oraz elementów z nią współpracujących, ciężar warstw wykończeniowych i ocieplenia oraz ciężar pokrycia,
• obciążenia zmienne nieruchome i ruchome, których wartość, kierunek i położenie mogą zmieniać się w czasie użytkowania dachu lub w innym rozpatrywanym okresie. Należą do nich ciężar urządzeń (w tym zbiorników) oraz instalacji podwieszanych do konstrukcji dachu, obciążenie technologiczne temperaturą (niebędące zmiennym obciążeniem środowiskowym) a także obciążenia użytkowe tłumem ludzi w sytuacjach, gdy dach jest tarasem,
• obciążenia zmienne środowiskowe, wywierane na konstrukcję przez naturalne środowisko, w którym jest ona eksploatowana: obciążenie wiatrem, śniegiem, temperaturą,
• obciążenia wyjątkowe, które dosyć rzadko oddziaływujących na dachy, lecz w rzeczywistości mogących mieć miejsce. Może ono wystąpić w wyniku mało prawdopodobnych zdarzeń w przewidywanym okresie użytkowania dachu. Można tu do nich zaliczyć obciążenie spowodowane wybuchem gazu lub pyłu, pożarem, obciążenie wyładowaniem atmosferycznym, awarią urządzeń, osiadaniem budynku, huraganowym wiatrem czy np. upadkiem urządzeń latających oraz upadkiem innych konstrukcji lub też uderzeniem pojazdów.

Do obciążeń zmiennych działających długotrwale można zaliczyć obciążenie urządzeniami, instalacjami, obciążenie temperaturą w czasie eksploatacji urządzeń stałych. Do obciążeń zmiennych działających w części długotrwale zaliczają się obciążenia zmienne stropów poddaszy, tarasów, siły wywołane nierównomiernym osiadaniem obiektów lub ich deformacją spowodowaną innymi przyczynami, siły wynikające ze skurczu, pełzania lub relaksacji elementów konstrukcji, ciężar ludzi wykonujących prace remontowe lub konserwatorskie. Z kolei do obciążeń zmiennych działających krótkotrwale należą: obciążenie śniegiem, wiatrem, temperaturą pochodzenia klimatycznego, oblodzeniem.


Rys. 3. Rodzaje oddziaływań zewnętrznych na dachy

Zmiana wielkości i rodzaju obciążeń – wybrane przykłady
Układ obciążeń oddziaływujących na dachy i ich elementy, a także ich schemat statyczny może wielokrotnie ulec zmianie w czasie użytkowania. Zmiana taka może zostać spowodowana przykładowo przez:

• wymianę pokrycia na cięższe (wymiana blach lub pap na dachówki),
• obciążenie temperaturą; dotyczy to głównie dachów o betonowej lub stalowej konstrukcji nośnej wskutek usunięcia wierzchnich termoizolacji lub np. wymiany pokrycia na inny kolor,
• docieplanie dachów i ich wykańczanie od spodu płytami gipsowo-kartonowymi, podwieszanymi na rusztach drewnianych lub stalowych,
• dociążanie stropów poddasza nowymi warstwami podłogowymi, ścianami działowymi oraz zwiększonymi obciążeniami użytkowymi,
• dodatkowe dociążanie stref przysłupowych stropów przenoszących obciążenia skupione od dachów,
• zmniejszanie wysokości wyboczeniowej kominów poprzez uchwycenie ich obudów w miejscu styku z konstrukcjami dachów – częściowe zamocowanie kominów w połaciach dachowych spowoduje dodatkowe obciążanie połaci siłami poziomymi pochodzącymi od wiatru i przekazywanymi przez konstrukcje kominów,
• obciążanie dachów masztami oraz innymi urządzeniami,
• nierównomierne rozłożenie się pokrywy śnieżnej na dachu,
• dopuszczanie do nadmiernego gromadzenia się „worków” śnieżnych, szczególnie na dachach płaskich z przeszkodami, lecz również na dachach nawet mocno pochylonych wyposażonych płotki przeciwśniegowe,
• spadanie lub zsuwanie się śniegu z połaci wyższych na niższe,
• zmianę schematu statycznego istniejących konstrukcji dachowych, np. przez wymianę układu krokwiowo-płatwiowego na jętkowy,
• wycinanie krokwi i wprowadzanie wymianów np. dla wstawienia okien połaciowych lub lukarn w poddaszach adaptowanych na cele mieszkalne, co będzie sprzyjać „koszowemu” zwiększeniu obciążeń na krokwie w postaci dodatkowych obciążeń „workami” śnieżnymi w miejscach styku lukarn z połacią dachową,
• podcinanie krokwi w wiązarach jętkowych w miejscach podparcia dodatkowymi płatwiami pozbawionymi podparć słupowych, a opierającymi się jedynie na ścianach szczytowych (takie sytuacje mają miejsce głównie w budownictwie jednorodzinnym) – w miejscach połączeń krokwi z jętkami występują największe siły wewnętrzne (momenty podporowe) w krokwiach będących z założenia ciągłymi elementami dwuprzęsłowymi.

W okresie zimowym głównym problemem dachów jest obciążenie śniegiem. Wszystkie istniejące oraz nowoprojektowane dachy, powinny bezpiecznie przenosić obciążenie ciężarem pokrywy śnieżnej, lecz należy pamiętać o tym, że wielkość tego obciążenia będzie uzależniona od nośności tych konstrukcji, stopnia ich zużycia oraz od grubości pokrywy śnieżnej i czasu jej zalegania.

Wbrew pozorom, ciężar objętościowy śniegu nie jest wielkością stałą. Zmienia się on w czasie (rys. 4) w wyniku oddziaływania na niego środowiska zewnętrznego, w tym wilgotności względnej powietrza, temperatury otoczenia, nasłonecznienia powierzchni, a także skuteczności termoizolacyjności dachów. Nie ma potrzeby stałego oczyszczania dachów z pokrywy śnieżnej, ponieważ ich konstrukcje zostały przewidziane do bezpiecznego przyjmowania takich obciążeń. Wyjątkiem może tu być sytuacja, kiedy zsuwający się z dachów stromych śnieg może zagrażać najbliższemu otoczeniu. W książkach obiektów budowlanych powinny znaleźć się tabele zawierające dopuszczalne wielkości obciążeń śniegiem, jakie mogą przenieść dachy, określające grubość i ciężar pokrywy śnieżnej w funkcji czasu. Wówczas, właściciele oraz zarządcy budynków będą mogli ograniczać akcje częstego usuwania śniegu do niezbędnego minimum, przy pełnym zachowaniu zasad bezpiecznego użytkowania dachów.


Rys. 4. Zmiana ciężaru objętościowego śniegu w czasie (wg PN-80/B-02010/Az1)

Zmiany dotyczące obciążeń mogą być nie tylko fizyczne, ale również prawne – użytkowany budynek zwykle funkcjonuje przez wiele lat, w tym czasie kilkakrotnie może dojść do zmiany norm obciążeniowych. W trakcie przeprowadzania ocen stanu technicznego dachu lub stropodachu bardzo istotna jest znajomość starych norm, nie tylko tych, według których dach był wznoszony, ale i tych, według których mógł być naprawiany czy w okresie późniejszym modernizowany.

Rzadko może zdarzyć się sytuacja, w której obiekt zostanie obciążony jednocześnie wszystkimi możliwymi obciążeniami stałymi i zmiennymi z uwzględnieniem współczynników bezpieczeństwa. Obciążenia stałe będą występować zawsze, natomiast nie ma potrzeby sumowania wszystkich obciążeń zmiennych. Do projektanta należy ustalenie możliwości wystąpienia prawdopodobnych przypadków obciążeń zmiennych i relacji pomiędzy nimi. Stąd też tworzy się kombinacje obciążeń będące zestawami najniekorzystniej działających na konstrukcję obciążeń, dla których oceniane będzie jej bezpieczeństwo.

Cdn.


dr inż. Dariusz Bajno