Oparcie prefabrykowanych wiązarów na podporach

Podczas projektowania lub montażu dachu składającego się z prefabrykowanych wiązarów dachowych, zawsze pojawia się zagadnienie sposobu połączenia wiązarów z podporami. Połączenie wiązara ze ścianami lub innymi elementami podporowymi jest kwestią konstrukcyjnie bardzo ważną. Od tego połączenia zależy odpowiednie przekazywanie obciążeń na niższą część konstrukcji. W wielu przypadkach niewystarczająca nośność może prowadzić do awarii całej konstrukcji dachowej. Sposoby poprawnych rozwiązań połączeń przedstawiam w niniejszym artykule.

W dachach wiązarowych, podobnie jak w przypadku tradycyjnych więźb dachowych, kwestia odpowiedniego połączenia konstrukcji dachowej z podporami jest niezwykle istotna. Warto jednak zwrócić uwagę na kilka zasadniczych różnic. Prefabrykowane wiązary dachowe łączone płytkami kolczastymi z reguły łączy się z podporami w nieco inny sposób niż krokwie z murłatami. Podstawowa różnica polega na szerokości przekroju stosowanych elementów. W przypadku typowych krokwi mamy do czynienia z przekrojami o szerokościach 7-8 cm. Prefabrykowane wiązary dachowe często produkowane są z tarcicy o szerokości 45 mm. Taka szerokość całkowicie wyklucza stosowanie w połączeniu z murłatą wkrętów ciesielskich, wkręcanych przez cały przekrój pasa górnego wiązara. Głównie z tego powodu jedynym rozwiązaniem jest stosowanie złączy ciesielskich i pierścieniowych gwoździ CNA4,0x40.

Rodzaj podpory – murłata czy wieniec?

Tradycyjne więźby dachowe niemal zawsze opierają się na murłatach zakotwionych do żelbetowych wieńców. Konieczność stosowania murłaty nie jest już tak oczywista w przypadku dachów wiązarowych. Z uwagi na dużą precyzję prefabrykacji i coraz większą dokładność robót betoniarskich, duża część wiązarów jest montowana bezpośrednio do betonowego wieńca, bez zastosowania drewnianej murłaty (zdj. 2). Takie rozwiązanie, jeżeli może być zastosowane, ma niepodważalne zalety. Likwidując murłaty i szpilki nie tylko oszczędzamy pieniądze eliminując ich koszt, ale także jesteśmy w stanie znacznie przyśpieszyć montaż więźby.
Jeżeli projektant i wykonawca zdecydują się na zastosowanie murłaty, często jej przekrój zostaje znacznie zredukowany. Można to zrobić z kilku powodów. Jeżeli zastępujemy długie wkręty ciesielskie gwoździami pierścieniowymi CNA4,0x40, nie ma potrzeby stosowania tak masywnego przekroju jak tradycyjne murłaty 14×14 lub 16×16 cm.
Duże przekroje murłat stosuje się także w celu wysunięcia ich poza obrys ściany szczytowej, aby podeprzeć skrajne krokwie tworzące okap. Projektanci dachów wiązarowych z reguły radzą sobie w inny sposób z okapem nad ścianą szczytową. Zwykle używane są wysuwnice opierane na ścianie szczytowej, tworzące wymagany wysięg okapu (zdj. 3).

W związku z tym, często stosowane są murłaty o przekrojach identycznych jak elementy składowe wiązarów np. 45×145 lub 45×195 mm (zdj. 4). Murłaty o niskich przekrojach są tańsze, łatwiejsze w montażu i kotwieniu. Eliminują w dużym stopniu problem skurczu i skręcenia, typowy dla masywnych przekrojów. Z uwagi na wymiary przekroju takie murłaty czasami nazywane są podwalinami.

Rodzaj podpory – przesuwna czy nieprzesuwna?

Ta kwestia często budzi wątpliwości wśród projektantów i inspektorów budów. Projektując wiązar kratowy oparty na dwóch ścianach, z reguły zakłada się jedną z nich jako podporę nieprzesuwną, a drugą jako przesuwną (zdj. 5). Jeżeli na etapie projektu robimy takie założenie, to powinniśmy na budowie taki schemat realizować na tyle, na ile jest to możliwe. Generalnie im bardziej teoria projektowa przełożona jest na praktykę budowy, tym bliżej obliczeniami jesteśmy przy realnie wznoszonej konstrukcji. Jeżeli zakładamy przesuw na jednej z podpór, należałoby to w jakiś sposób zrealizować na budowie. Jak to kiedyś usłyszałem od jednego inspektora budowy: „Konstrukcja niestety nie wie, co zakładał projektant i pracuje zgodnie ze schematem zrealizowanym na budowie”. W związku z tym montując wiązar dachowy możemy mieć do czynienia z dwoma różnymi sposobami podparcia go na przeciwległych podporach.

Kątownik ACRL – rozwiązanie uniwersalne

Jak można domyślić się na podstawie uprzedniej części artykułu, montując wiązary dachowe najczęściej możemy mieć do czynienia z czterema przypadkami: montażem do murłaty (przesuwnym i nieprzesuwnym) lub montażem bezpośrednio do wieńca (przesuwnym i nieprzesuwnym). Z myślą o możliwości zastosowania w każdym z tych przypadków powstał kątownik ACRL10520. Jest to złącze, które umożliwia kotwienie do betonu lub montaż do murłaty. W obu przypadkach pozwala na zrealizowanie podpory przesuwnej lub nieprzesuwnej.

Montaż wiązara do murłaty kątownikami ACRL

Gwoździowanie kątownika do murłaty wykonuje się gwoździami systemowymi CNA4,0x40. Wykonując na budowie podparcie nieprzesuwne wiązar, podobnie jak murłata, jest łączony z kątownikiem poprzez te same gwoździe CNA4,0x40 (zdj. 4). W zależności od wymaganych nośności stosuje się gwoździowanie pełne (większa nośność) lub częściowe (szybszy montaż). Decyzja należy do projektanta, który opiera ją o wyniki obliczeń statycznych i wartości reakcji podporowych. Dostępne opcje montażu kątowników ACRL do murłaty przedstawione są na zdjęciu 6.

W przypadku podpory przesuwnej, gwoździuje się tylko ramiona kątowników przylegające do murłaty. Łącząc wiązar z parą kątowników stosuje się śrubę M10 przechodzącą przez otwory podłużne (fasolkowe) w kątownikach. Zabezpiecza to wiązar przed poderwaniem i jednocześnie pozostawia możliwość poziomego przesuwu. Takie połączenie odzwierciedla na budowie projektowe założenie podpory przegubowo -przesuwnej. Uwaga! Dość często spotykanym błędem montażowym jest niepoprawne ustawienie kątownika względem murłaty (zdj. 7). Proszę zwrócić uwagę na to, że dwa ramiona kątownika są inaczej perforowane. Odpowiednie obrócenie złącza ma wpływ na poprawność montażu.

Montaż wiązara do wieńca kątownikami ACRL

W przypadku montażu bezpośrednio do wieńca wykorzystuje się mechaniczne kotwy rozporowe WA M10. Kotwienie można wykonać stosując jedną lub dwie kotwy w każdym z kątowników. Umożliwia to projektantowi dostosowanie nośności połączenia do pojawiających się obciążeń. Decydując się na montaż jedną kotwą na każdy kątownik z pary, należy bezwzględnie montować je po przekątnej (zdj. 8).

Podobnie jak w przypadku montażu do drewna, mamy możliwość wykonać podporę nieprzesuwną – wbijając gwoździe CNA4,0x40 w wiązar lub przesuwną, stosując śrubę przelotową M10 w otworze podłużnym (zdj. 9).

Omawiając rozwiązanie polegające na bezpośrednim kotwieniu w wieńcu, warto zwrócić uwagę na parametry stosowanych kotew. Nie mogą być to przypadkowe kotwy rozprężne. Poza odpowiednią nośnością jaką kotew musi się wykazać, ważne są także dodatkowe graniczne parametry montażowe. Na zdjęciu 10 przedstawiono odległości od krawędzi betonu wieńca i rozstawy sąsiadujących kotew (dla wiązara 45 mm i wieńca 240 mm).

Jak widać na rysunku, minimalna odległość od krawędzi betonu jaką musi spełnić kotew to 93 mm. Jeśli chodzi o minimalne rozstawym nie mogą one przekraczać 104 mm w przypadku kotwienia jedną kotwą po przekątnej lub 55 mm w przypadku kotwienia dwiema kotwami na kątownik. Zdarza się, że wykonawcy montując kątowniki ACRL wykonują kotwienie dowolnym rodzajem kotew rozporowych. Trzeba sobie zdawać sprawę, że kotwy różnego typu znacznie różnią się wartościami parametrów montażowych opisywanymi powyżej. Wartości minimalnych rozstawów i minimalnych odległości od krawędzi betonu można znaleźć w dokumentacji technicznej producenta. Zwracam uwagę na te wymagania, ponieważ znam sytuacje zakwestionowania poprawności montażu całego dachu przez inspektora nadzoru właśnie z uwagi na ten fakt. Niestety, kotwy rozprężnej raz zamontowanej w betonie, praktycznie nie można zdemontować. Zdecydowanie zachęcam do przestrzegania wszelkich wytycznych montażowych producenta złączy w zakresie stosowanych gwoździ, kotew i innych wymagań wykonawczych.

Inne złącza stosowane w węzłach podporowych

Z uwagi na swoją uniwersalność kątowniki ACRL są najpopularniejszym sposobem łączenia wiązara z podporą. Jednakże możemy spotkać sytuację, gdy zastosowanie innych złączy będzie bardziej korzystne. Złączem pełniącym dokładnie tę samą funkcję jak kątownik ACRL jest kątownik ABRL. Na pierwszy rzut oka trudno znaleźć znaczące różnice pomiędzy tymi złączami. Jednakże kilka modyfikacji produktu sprawiło, że ABRL można nazwać „starszym bratem” ACRL (zdj. 11). Kątownik wykonany jest z grubszej stali, umożliwia montaż większymi kotwami i większą śrubą przelotową (M12), dodatkowo zakres przesuwu jest także większy. Wszystkie te cechy sprawiają, że złącze to stosuje się w miejscach, gdzie parametry wytrzymałościowe ACRL okażą się niewystarczające.

W przypadku wiązarów nożycowych i wiązarów o pasie podwyższonym, stosuje się złącza SFH (zdj. 12) lub SFHM, w celu przeniesienia znaczących sił rozporu z wiązara na podporę.
Warto zauważyć, że projektując wiązar rozporowy, na przykład wiązar z pasem podniesionym, analogiczny do tradycyjnej więźby krokwiowo-jętkowej, przesuwny schemat podparcia z reguły nie powinien być stosowany. Wynika to z faktu, że wiązary tego typu generują bardzo duże siły rozporu (reakcje poziome) na podpory. Jeżeli zaprojektujemy dwie podpory nieprzesuwne, uzyskamy rozpory o wartościach do kilkunastu kN. Jeżeli „zwolnimy” przesuw na jednej z nich, poziome reakcje podporowe znikną, ale pojawią się ogromne przemieszczenia na podporze przesuwnej. Mowa tutaj o teoretycznych przemieszczeniach (przesunięciu) na poziomie kilkudziesięciu centymetrów (!). Patrz zdjęcie 13, podpora B.

Oczywiście takie odkształcenia są niedopuszczalne, wiec nie pozostaje nic innego, jak wrócić do schematu dwóch podpór nieprzesuwnych i w bezpieczny sposób przenieść siły rozporu z wiązara na podporę. Wykonuje się to stosując przeznaczone do tego celu złącza ciesielskie SFH (zdj. 12) lub SFHM – temat obszernie opisywany w artykule „Oparcie krokwi na murłacie w dachu rozporowym” (FD&C 2020-3).

Innym typem podpory, która jednak dość rzadko się zdarza, jest stalowa belka dwuteowa. Montaż do stalowej podpory jest dość problematycznym zagadnieniem. Pierwszymi pomysłami, jakie przychodzą w takich przypadkach do głowy, są spawanie lub połączenie śrubowe. Niestety, żadne z tych rozwiązań nie jest szybkie, ani wygodne w przypadku montażu dachu wiązarowego. Jeżeli mamy do czynienia z prostymi dachami o pełnym wykratowaniu, stosuje się zwykle kotwy HE (zdj. 14). Są to złącza, które „haczy” się o spód pasa górnego stalowego dwuteownika, na którym opieramy wiązar, a następnie przybijamy do pasa dolnego wiązara. Złącza stosuje się parami, w układzie diagonalnym, czyli po przekątnej. Jest to rozwiązanie bardzo proste i szybkie, co więcej nie wymaga specjalistycznego sprzętu czy uciążliwego wiercenia w dwuteowniku.

Jak widać kwestia oparcia wiązara na podporach jest dość złożona, a jednocześnie jest to połączenie pełniące odpowiedzialną rolę dla całej konstrukcji więźby dachowej. Zachęcam wykonawców do przestrzegania zapisów projektu i wytycznych montażowych dostawców materiałów, a projektantów do świadomego kształtowania schematów statycznych i wyboru optymalnych rozwiązań w zakresie specyfikowanych połączeń konstrukcyjnych.

W razie pytań dotyczących projektowania lub montażu połączeń prefabrykowanych wiązarów dachowych, 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
Kierownik techniczny oddziału Simpson Strong-Tie