Kotwienie podwaliny ściany szkieletowej do fundamentu

Aby zabezpieczyć budynek szkieletowy przed zniszczeniem przez przesunięcie, należy odpowiednio zakotwić jego dolną część do fundamentu. Można to zrobić na wiele sposobów. Ważne aby efekty końcowy był skuteczny, czyli gwarantował odpowiednie połączenie szkieletowego domu drewnianego z betonowym fundamentem. Niniejszy artykuł przedstawia najpopularniejsze sposoby wykonania tego połączenia, ich zalety, a także ograniczenia montażowe.

Połączenie konstrukcji domu drewnianego z fundamentem wydaje się oczywiste i każdy wykonawca rozumie taką potrzebę. Dobór gęstości kotwienia i jego typu nie powinniśmy jednak pozostawiać przypadkowi. Niestety nie można też uogólniać wytycznych do zwrotu, na przykład „kotwić kotwą M10 przez podwalinę, co drugą przestrzeń między słupkami”. Ilość punktów kotwienia, a co z tego wynika sumaryczna nośność połączenia powinna wynikać z analizy obciążeń i obliczeń konstruktora.

Zdj. 2. Dwa schematy zniszczenia budynku szkieletowego – przesunięcie i obrócenie.

Ważne aby rozróżnić dwa typy kotwienia. Pierwszy typ to kotwienie przeciw przesuwowi, czyli kotwienie dolnej krawędzi ściany (podwaliny) do fundamentu. Drugim rodzajem jest kotwienie przeciw poderwaniu ściany wynikającemu z jej obrotu (Zdj. 2).
W drugim przypadku konieczne jest połączenie skrajnych słupków ściany szkieletowej ścian usztywniających z fundamentem z zastosowaniem złączy kotwiących. Rozwiązania tego typu omawiane były we wcześniejszych artykułach FD&C (2016-03 „Kotwienie ścian szkieletowych” i 2018-01 „Sztywność i kotwienie prefabrykowanych ścian szkieletowych”).

Zdj. 3. Test obrazujący mechanizm zniszczenia obracanej ściany szkieletowej.

Tylko zastosowanie tych dwóch oddzielnych typów kotwienia zabezpiecza budynek przed przesunięciem lub obróceniem w skutek oddziaływania dużego obciążenia wiatrem. Dość częstym błędem jest pominięcie kotwienia z użyciem złączy kotwiących i stosowanie jedynie kotwienia przez podwalinę (na przesuw), które ma także zabezpieczać konstrukcję przed wyżej wymienionymi dwoma zjawiskami. W wielu testach i badaniach udowadniano, że kotwienie wyłącznie ściany szkieletowej przez podwalinę nie zabezpiecza budynku przed obróceniem. Efekt działania siły obracającej na ścianę szkieletową bez dodatkowego kotwienia przeciw obrotowi z użyciem złączy kotwiących jest przedstawiony na zdjęciu 3. Kotwienie dolnej krawędzi ściany przez podwalinę do fundamentu ma za zadanie zabezpieczyć budynek przed przesunięciem. W pewnym uproszczeniu mówiąc, budynek traktujemy jako sztywną bryłę, na którą oddziałuje poziome obciążenie wiatrem. Obciążenia wiatrem na poszczególne powierzchnie budynku (połacie dachu i ściany) można zsumować do uogólnionej siły przesuwającej. Oczywiście należy rozpatrzyć dwa prostopadłe kierunki przesunięcia. W obu przypadkach uogólniona siła przesuwająca będzie inna, z uwagi na różne powierzchnie obciążane siłą wiatru. Znając uogólnione siły przesuwające należy zapewnić odpowiednie kotwienie z fundamentem, będące w stanie przeciwdziałać tym siłom. Przez odpowiednie należy rozumieć takie połączenia, których gęstość i jednostkowa nośność daje sumaryczną nośność większą niż sumaryczne oddziaływanie wiatru.

Zdj. 4. Schemat rozmieszczenia kotew zabezpieczających przesunięcie budynku.

Na zdjęciu 4 przedstawione jest przykładowe rozmieszczenie punktów kotwienia zabezpieczających przed przesunięciem. W niektórych ścianach wewnętrznych nie pokazano kotwienia dla przejrzystości rysunku. Nie oznacza to, że te ściany nie muszą być kotwione. Jednakże kotwienie to nie bierze udziału w zabezpieczeniu budynku przed przesunięciem. Na rysunku pokazano siły przesuwające – czerwona w kierunku północ-południe i zielona w kierunku wschód-zachód. Tymi samymi kolorami przedstawione są punkty kotwienia przeciwdziałające wskazanym obciążeniom. Jak widać na rysunku, konieczne było dodatkowe wykorzystanie kotwienia ścian wewnętrznych dla zabezpieczenia przed siłą na kierunku wschód-zachód. Może to być efekt większej siły przesuwającej, wynikającej z większej powierzchni oddziaływania wiatru w tym kierunku. Może też wynikać z niedostatecznej długości ścian zewnętrznych w tym kierunku. Angażując wewnętrzne ściany dla zapewnienia dodatkowego kotwienia, należy pamiętać o odpowiednim połączeniu danej ściany ze stropem powyżej. Połączenie w górnej części ściany musi mieć co najmniej taką nośność jak sumaryczna nośność kotwienia w dolnej części ściany. Tylko to gwarantuje pełne włączenie tej ściany do pracy przeciw przesuwającej sile wiatru.
Kotwiąc dolną krawędź ściany do fundamentu można zdecydować się na jedno z wielu rozwiązań. Ważne aby były to rozwiązania gwarantujące odpowiednią nośność na ścinanie między fundamentem a podwaliną. Kilka mniej lub bardziej popularnych w Polsce rozwiązań przedstawiono na zdjęciu 5.

Zdj. 5. Różne sposoby kotwienia dolnej krawędzi ściany szkieletowej. Szpilki zatapiane w mieszance, kotwy mechaniczne, gwoździe wstrzeliwane w beton.

Wybór konkretnego rozwiązania wynika z decyzji projektanta, jak również z preferencji lub dostępnych narzędzi wykonawcy. Każde z rozwiązań ze zdjęcia 5 ma jedno podstawowe ograniczenie. Rozwiązania te wymagają dostępu do wnętrza ściany, aby wykonać połączenie przez wierzch podwaliny. Jest to duże utrudnienie w przypadku prefabrykowanych, zamkniętych ścian szkieletowych. Wymaga to pozostawienia wielu otworów montażowych w warstwach wewnętrznych ściany i konieczność ich późniejszego zamknięcia i wykończenia na budowie. Takie rozwiązanie jest bardzo niekorzystne z punktu widzenia czasu spędzonego na budowie przez ekipę montażową. Aby tego uniknąć można zastosować kątowniki przeznaczone do zabezpieczenia ścian szkieletowych przed przesuwem. Rozwiązanie polega na tym, aby zamiast kotwić podwalinę wewnątrz ściany, zamontować wzdłuż ściany kilka kątowników. Kątowniki będą przybite do boku podwaliny i zakotwione do fundamentu, dzięki temu będą zabezpieczały budynek przed przesuwem (zdj. 6). Takie rozwiązanie nie wymaga pozostawiania w ścianie otworów montażowych.

Zdj. 6 Kątownik BNV33 montowany do boku ściany szkieletowej.

Kolejnym alternatywnym rozwiązaniem jest zastosowanie produktu przeznaczonego do montażu prefabrykowanych ścian zamkniętych. Jest to kątownik dwuczęściowy SC2P. Jedna część tego złącza jest montowana od spodu podwaliny ściany jeszcze w zakładzie prefabrykacji. Druga część jest dostarczana na budowę. Procedura kotwienia jest następująca. Ściana z zamontowanymi złączami jest dostarczana na budowę i ustawiana na fundamencie. Następnie dostawia się do ściany drugą część złącza, w taki sposób, aby złącza dotykały się. Kolejnym etapem jest skręcenie dwóch części załączonymi w zestawie wkrętami samowiercącymi i zespolenie dwóch części w jeden element (zdj. 8). Zaletą tego rozwiązania jest możliwość montażu przez warstwy nienośne (np. płyty wykończeniowe) do maksymalnej grubości 30 mm. To rozwiązanie jest przeznaczone dla firm stosujących duży stopień prefabrykacji ścian szkieletowych, dla których ważne jest minimalizowanie czasu pracy ekipy montażowej na placu budowy.

Zdj. 7. Dwuczęściowy kątownik SC2P.

Zdj. 8. Sekwencje montażu kątownika dwuczęściowego SC2P.

W razie pytań dotyczących projektowania lub wznoszenia budynków szkieletowych, zachęcamy 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
Inżynier wsparcia technicznego
Simpson Strong-Tie