EKSPERTYZA nr 01/10/2012 - Śląski Urząd Wojewódzki

mgr inŜ. Szymon Hotała
ul. Kazimierska 13/5, 51-657 WROCŁAW
tel.513 556 481
www.hoska.pl
EKSPERTYZA nr 01/10/2012
w zakresie ustalenia przyczyn awarii płotków przeciwśnieŜnych na
dachu Śląskiego Urzędu Wojewódzkiego w Katowicach przy ul. Jagiellońskiej 25
ZAMAWIAJĄCY:
Skarb Państwa – Śląski Urząd Wojewódzki w Katowicach
40-032 Katowice, ul. Jagiellońska 25
NR OPRACOWANIA : 01/10/2012
NR UMOWY:
Umowa nr 725.BI.2012 z dnia 04.10.2012 r.
WYKONAWCA:
HOSKA Constructions
mgr inŜ. Szymon Hotała
51-657 Wrocław, ul. Kazimierska 13/5
Egz. nr :
mgr inŜ. Szymon Hotała
AUTOR
EKSPERTYZY:
uprawnienia budowlane do projektowania, nadzorowania i kierowania robotami budowlanymi
bez ograniczeń w specjalności
konstrukcyjno– budowlanej (nr
21/DOŚ/08 – do nadzorowania,
199/DOŚ/09 – do projektowania)
członek DOIIB numer
DOŚ/BO/0540/09
Oświadczenie: Niniejsza dokumentacja jest wykonana zgodnie z umową i obowiązującymi
przepisami oraz została wykonana w sposób kompletny z punktu widzenia celu, któremu ma słuŜyć.
Wrocław: październik 2012 r.
___________________________________________________________
Ekspertyza nr 01/10/2012 – ustalenie przyczyn awarii płotków przeciwśnieŜnych – ŚUW Katowice…Str.
1
SPIS ZAWARTOŚCI EKSPERTYZY
1. PRZEDMIOT, CEL I ZAKRES OPRACOWANIA
.......
str.
3
2. PODSTAWA OPRACOWANIA
…....
3
3. OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA TECHNICZNA PŁOTKÓW I POKRYCIA
…....
…....
…....
3
3
4
........
6
........
........
6
8
........
9
5.1. Stan techniczny płotków pozostających na dachu
5.2. Stan techniczny rąbków pokrycia dachowego
........
........
9
9
6. ANALIZA OBCIĄśEŃ I OCENA NOŚNOŚCI PŁOTKÓW
........
10
…….
…….
10
13
7. USTALENIE PRZYCZYN ODSPOJENIA SIĘ PŁOTKÓW PRZECIWŚNIEZNYCH
OD POŁACI DACHU
........
17
8. ZALECENIA
........
18
3.1. Charakterystyka pokrycia dachowego
3.2. Charakterystyka płotków przeciwśnieŜnych
4. BADANIA I POMIARY
4.1. Pomiary momentu dokręcenia śrub mocujących wsporniki płotków
4.2. Badania odkształceń rąbka
5. OCENA STANU TECHNICZNEGO PŁOTKÓW I RĄBKÓW
6.1. Analiza obciąŜeń i nośności płotków zamontowanych jednorzędowo
6.2. Analiza obciąŜeń i nośności płotków zamontowanych prawidłowo
ZAŁĄCZNIK NR 1 - Szkice inwentaryzacyjne
ZAŁĄCZNIK NR 2 - Dokumentacja fotograficzna
ZAŁĄCZNIK NR 3 - Protokół z badania momentu dokręcenia śrub mocujących
wybrane wsporniki płotków do rąbków pokrycia
ZAŁĄCZNIK NR 4 - Prawidłowa ilość i sposób mocowania płotków
przeciwśnieŜnych
ZAŁĄCZNIK NR 5 - Materiały pomocnicze
ZAŁĄCZNIK NR 6 - Kopia uprawnień autora ekspertyzy
Ekspertyza zawiera 18 kolejno ponumerowanych stron + 6 załączników
___________________________________________________________
Ekspertyza nr 01/10/2012 – ustalenie przyczyn awarii płotków przeciwśnieŜnych – ŚUW Katowice…Str.
2
1. PRZEDMIOT, CEL I ZAKRES OPRACOWANIA
Przedmiotem opracowania jest ekspertyza stanu technicznego istniejących płotków przeciwśnieŜnych zamontowanych na dachu Śląskiego Urzędu Wojewódzkiego w Katowicach przy ul.
Jagiellońskiej 25.
Celem wykonania ekspertyzy jest ustalenie przyczyn awarii płotków przeciwśnieŜnych, zarówno tych, które odspoiły się od połaci jak i tych, które uległy uszkodzeniu na połaci.
Zakres niniejszej ekspertyzy obejmuje:
a)
Inwentaryzację stanu istniejącego, w tym: pomiary rąbków (rozstaw oraz grubość i wysokość w miejscach mocowania płotków), ustalenie pochylenia połaci dachowych,
ustalenie łącznej długości płotków jakie były zamontowane oraz ilości płotków które
pozostały na dachu;
b)
Określenie stanu technicznego płotków pozostałych na dachu oraz rąbków w miejscach gdzie były (są) zamontowane wsporniki płotków;
c)
Obliczenia statyczno-wytrzymałościowe konstrukcji istniejących płotków wraz z określeniem prawidłowej ilości i sposobu montaŜu płotków dla opisywanego dachu;
d)
Ustalenie przyczyn odspojenia się od połaci wsporników płotków przeciwśnieŜnych;
Aby zrealizować podstawowe cele ekspertyzy wykonano przy uŜyciu klucza dynamometrycznego i zastosowaniu technik alpinistycznych pomiary momentu dokręcenia śrub mocujących
wsporniki płotków przeciwśnieŜnych. Wnioski i zalecenia formułowano z uwzględnieniem analizy
archiwalnej dokumentacji projektowej wymiany dachu.
2. PODSTAWA OPRACOWANIA
Merytoryczną podstawę opracowania stanowią:
a) Wizje lokalne autora opracowania przeprowadzone w październiku 2012 r., podczas których
wykonano: dokumentację fotograficzną oraz oględziny i pomiary wybranych elementów;
b) Określenie widocznych odkształceń rąbka blachy pod zadanym obciąŜeniem ściskającym
wykonane na specjalnie przygotowanym do tego celu rąbku podwójnym z blachy o grubości
0,5mm
c) Projekt budowlany (wraz z uzupełnieniem) wymiany dachu i ocieplenia stropów na dachu
budynku Śląskiego Urzędu Wojewódzkiego w Katowicach, wykonanej w maju 2008 r. przez
pracownię projektową „arch+”
d) Poradnik dla architektów firmy REES w zakresie projektowania systemów przeciwśnieŜnych
e) Przedmiotowa literatura naukowo-techniczna i normy projektowania:
[1] PN-90/B-03200 Konstrukcje stalowe. Obliczenia statyczne i projektowanie.
[3] PN-82/B-02000 ObciąŜenia budowli. Zasady ustalania wartości.
[4] PN-82/B-02001 ObciąŜenia budowli. ObciąŜenia stałe.
[5] PN-77/B-02011 ObciąŜenia budowli. ObciąŜenie wiatrem + PN-B-02011:1997/Az1
[6] PN-80/B-02010 ObciąŜenia budowli. ObciąŜenie śniegiem + PN-80/B-02010/Az1
[7] “Friction Science and Technology: From Concepts to Applications, Second Edition
(Dekker Mechanical Engineering)” Peter J. Blau
3. OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA TECHNICZNA PŁOTKÓW I POKRYCIA
3.1. Charakterystyka pokrycia dachowego
Projekt budowlany wymiany dachu („arch+, maj 2008) określa, iŜ konstrukcja dachu budynku przy ul. Jagiellońskiej 25 w Katowicach składa się z płyty Ŝelbetowej, na której ułoŜono podkonstrukcję (płyty OSB gr. 18mm na krawędziakach (5x5 cm co 80 cm). Na płycie OSB znajduje
się membrana systemowa (warstwa rozdzielająca) firmy Rheinzink a na niej blacha tytan-cynk o
___________________________________________________________
Ekspertyza nr 01/10/2012 – ustalenie przyczyn awarii płotków przeciwśnieŜnych – ŚUW Katowice…Str.
3
grubości 0,7mm łączona na podwójne rąbki stojące (wys. 25mm) w rozstawie co ~60cm (więcej
danych zawarto w Załączniku nr 1). (fot. 3.1, 3.2, szkic nr 3.1)
WIDOK DACHU Z PODZIAŁEM
NA SEKTORY
B2
B3
B1
C1
C2
C3
A2
ul. Lompy
B4
C4
A1
A3
E2
F
D2
A4
E1
E4
E3
D3
D1
D4
ul. Ligonia
Szkic nr 3.1. Widok ogólny dachu
F.3.1. Widok ogólny dachu
___________________________________________________________
Ekspertyza nr 01/10/2012 – ustalenie przyczyn awarii płotków przeciwśnieŜnych – ŚUW Katowice…Str.
4
F.3.2. Widok na rąbek blachy dachowej
3.2. Charakterystyka płotków przeciwśnieŜnych
System barier przeciwśniegowych firmy REES z Oberstdorfu (tzw. płotki przeciwśnieŜne)
zastosowany na opisywanym dachu składa się ze wsporników aluminiowych mocowanych zaciskowo dwoma śrubami ze stali nierdzewnej (M12, L=30, klasa A2-70, bez podkładek) do rąbków
pokrycia dachowego oraz dwóch rzędów rurek aluminiowych (zastosowano rurki Ø35 gr.1,5mm
w rzędzie górnym oraz Ø28 gr.1,5mm w rzędzie dolnym) mocowanych przelotowo na w/w
wspornikach. Rurki uciąglane są przy zastosowaniu tulejek łącznikowych (fot. 3.3, 3.4, szkic 3.2)
F.3.3. Wspornik płotka przeciwśnieŜnego
___________________________________________________________
Ekspertyza nr 01/10/2012 – ustalenie przyczyn awarii płotków przeciwśnieŜnych – ŚUW Katowice…Str.
5
Szkic nr 3.2. Wspornik płotka przeciwśnieŜnego – mocowanie na rąbku
F.3.4. Rurki aluminiowe płotka przeciwśnieŜnego
4. BADANIA I POMIARY
4.1. Pomiary momentu dokręcenia śrub mocujących wsporniki płotków
Wykonano przy uŜyciu klucza dynamometrycznego i zastosowaniu technik alpinistycznych
(fot. 4.1) pomiary momentu dokręcenia (Md [Nm]) śrub mocujących niektóre wsporniki płotków
przeciwśnieŜnych do rąbków pokrycia. Pomiary te pozwoliły ustalić wielkość siły docisku (Fd [N])
z jaką aluminiowe elementy wspornika oddziaływują na rąbek pokrycia. W kolejnym etapie na
podstawie otrzymanej siły docisku (Fd) ustalono orientacyjną siłę tarcia (T [N]) pomiędzy wspornikiem płotka przeciwśnieŜnego a rąbkiem, czyli wartość graniczną oporu wspornika przed obciąŜeniem śniegiem Napór śniegu siłą większą niŜ T spowoduje zsuniecie się wspornika z rąbka
pokrycia dachowego.
Podczas badań wykonano pomiary momentu dokręcenia 80 śrub mocujących 40 wybranych
wsporników. Ponad połowa z nich była „luźna” tzn. podczas dokręcania kluczem zarówno nakrętka jak i główka śruby obracały się swobodnie. W pozostałych śrubach stwierdzono moment dokręcający na poziomie 26 Nm z wyjątkiem czterech śrub gdzie moment dokręcający miał wartość
odpowiednio 32 Nm, 32 Nm, 30 Nm oraz 42 Nm. WyŜej opisane mocowania nie spełniają wymagań producenta płotków, zgodnie z którymi moment dokręcający kaŜdą ze śrub mocujących
wsporniki powinien mieć wartość 35 Nm i więcej.
Protokół z badania momentu dokręcenia śrub mocujących wybrane wsporniki zawarto w Załączniku nr 3.
___________________________________________________________
Ekspertyza nr 01/10/2012 – ustalenie przyczyn awarii płotków przeciwśnieŜnych – ŚUW Katowice…Str.
6
F.4.1. Pomiary momentu dokręcenia
Siłę docisku (Fd) obliczono na podstawie wzoru:
Fd = Md/(µt*d)
gdzie:
µt – współczynnik tarcia złącza gwintowego
d – średnica nominalna śruby [m]
Wartość współczynnika tarcia złącza gwintowego ustalono w oparciu o wybrane normy DIN i
określono go jak dla śruby lekko oliwionej (µt=0,14). Średnica śruby d=0,012 m.
Moment dokręcenia Md [Nm] Siła docisku Fd [kN]
26
15
32
19
Ponadto na podstawie wzoru z normy PN-81/M-82056
Mdmax =1,06*d32*P*Re/(1000k)
gdzie dla śruby M12 (A2-70):
d3 – średnica wewnętrzna śruby = 9,85 [mm]
P- podziałka gwintu = 1,75 [mm]
Re – granica plastyczności materiału śruby = 450 [MPa]
k – współczynnik bezpieczeństwa = 1,43
ustalono, iŜ maksymalny dopuszczalny moment dokręcenia dla śruby M12 klasy A2-70 wynosi
Mdmax=56 Nm
Na podstawie siły docisku określono siłę tarcia statycznego (T [N]) pomiędzy wspornikiem
płotka przeciwśnieŜnego a rąbkiem, czyli wartość graniczną oporu wspornika przed obciąŜeniem
śniegiem. Napór śniegu siłą większą niŜ T spowoduje zsuniecie się wspornika z rąbka pokrycia
dachowego.
T = (µ*Fd1*m)+ (µ*Fd2*m)
gdzie:
µ – współczynnik tarcia statycznego pomiędzy aluminiowym wspornikiem a rąbkiem z blachy
tytanowo-cynkowej (przyjęto µ=0,15)
m – liczba płaszczyzn tarcia = 2
___________________________________________________________
Ekspertyza nr 01/10/2012 – ustalenie przyczyn awarii płotków przeciwśnieŜnych – ŚUW Katowice…Str.
7
Fd1 – siła docisku pierwszej śruby
Fd2 – siła docisku drugiej śruby
Do obliczeń przyjęto przybliŜoną wartość współczynnika tarcia statycznego µ w oparciu o literaturę naukową [7]
oraz na podstawie analizy zabrudzeń i stopnia „tłustości” rąbka pokrycia dachowego. Dokładne określenie tego
współczynnika jest moŜliwe w warunkach badań laboratoryjnych
Tarcie statyczne
T [kN]
9
5
11
-
Uwagi
połączenie gdzie dwie śruby przykręcono Md=26 Nm
połączenie gdzie jedną śrubę przykręcono Md=26 Nm (druga „luźna”)
połączenie gdzie dwie śruby przykręcono Md=32 Nm
połączenie gdzie w obu śrubach nakrętka i główka obracały się swobodnie (obie „luźne”)
4.2. Badania odkształceń rąbka
Badanie wykonano w celu określenia ewentualnych (widocznych gołym okiem) odkształceń
rąbka blachy dachowej powstałych w wyniku docisku przez wspornik płotka dachowego. Do badania wykorzystano wykonany specjalnie do tego celu rąbek podwójny o wysokości 25mm (tak
jak na dachu budynku). Rąbek (fot. 4.2) wykonano z miękkej blachy stalowej ocynkowanej o grubości 0,5mm (zgodnie z projektem na dachu jest blacha tytanowo-cynkowa o grubości 0,7mm).
Śruby M12 (A2-70) dociskające wspornik do rąbka dokręcono maksymalnym dopuszczalnym dla
tej klasy śrub momentem Md=56Nm
W wyniku badania stwierdzono, iŜ nie doszło do mechanicznych uszkodzeń blachy rąbka takich jak przełamanie czy uplastycznienie blachy (fot. 4.3). Stwierdzono jedynie nieznaczne odkształcenie powierzchni bocznej rąbka nie stanowiące zagroŜenia dla nośności i szczelności rąbka (fot. 4.3)
F.4.2. Stan rąbka przed dokręceniem wspornika
F.4.3. Stan rąbka po dokręceniu i odkręceniu wspornika
___________________________________________________________
Ekspertyza nr 01/10/2012 – ustalenie przyczyn awarii płotków przeciwśnieŜnych – ŚUW Katowice…Str.
8
5. OCENA STANU TECHNICZNEGO PŁOTKÓW I RĄBKÓW
5.1. Stan techniczny płotków pozostających na dachu
W wyniku pomiarów stwierdzono, iŜ na dachu budynku pozostało ~313 m bieŜących płotków przeciwśnieŜnych (Załącznik nr 1).
Zaobserwowano uszkodzenia zarówno wsporników jak i rurek w/w płotków. W przypadku
kilku sztuk wsporników stwierdzono trwałe odkształcenie („wygięcie”) nakładek trójkątnych (Fot.
1). W przypadku rurek w jednym miejscu na połaci C4 stwierdzono trwałe odkształcenie („wygięcie”) rurki dolnej (Fot. 2). Ponadto większość połączeń (uciągleń) rurek jest uszkodzonych mechanicznie. Uszkodzenia polegają na: braku łączników (wkrętów) stabilizujących połączenia (Fot.
3), zerwaniu połączeń (Fot. 4, 5), oraz stosowaniu wkrętów z materiału, który wywołuje korozję
międzymetaliczną na styku z aluminium (Fot. 4). Stwierdzono takŜe, Ŝe część rurek nie jest podparta na kaŜdym rąbku, co moŜe prowadzić do utraty ich nośności pod obciąŜeniem śniegiem
(Fot. 6, 7). JednakŜe głównym powodem ZŁEGO stanu technicznego płotków pozostających na
dachu budynku jest fakt, iŜ łączniki śrubowe wsporników płotków są dokręcone „luźno” (co powoduje brak nośności połączenia wspornika i rąbka – Fot. 8, 9, F5.1) lub dokręcone momentem
na tyle niskim, Ŝe nośność połączenia wspornika i rąbka jest zbyt mała aby przenieść obciąŜenie
znaczną ilością śniegu (patrz pkt. 6.1 i Załącznik nr 3)
Fot. 5.1. Brak nośności połączenia wspornika płotków i rąbka pokrycia dachowego
5.2. Stan techniczny rąbków pokrycia dachowego
W wyniku wykonanych oględzin rąbków pokrycia dachowego (w miejscach gdzie są lub były
zamontowane wsporniki płotków) stwierdzono na kilku rąbkach nieznaczne uszkodzenia mechaniczne polegające na utracie liniowości rąbka (Fot. 10) bądź zarysowaniu wierzchu rąbka gwintem śruby wspornika (podczas dokręcania śruby – Fot. 11, F5.2). Ponadto stwierdzono drobne
punktowe wgniecenia płaszczyzny bocznej rąbków na połaci A1 (Fot. 12, 13) powstałe prawdopodobnie podczas zsuwania się płotków z dachu (wgniecenie mogła spowodować ostra krawędź
obracającego się wspornika)
Fot. 5.2. Zarysowanie wierzchu rąbka gwintem śruby
___________________________________________________________
Ekspertyza nr 01/10/2012 – ustalenie przyczyn awarii płotków przeciwśnieŜnych – ŚUW Katowice…Str.
9
6. ANALIZA OBCIĄśEŃ I OCENA NOŚNOŚCI PŁOTKÓW
WIDOK DACHU
C1
B3
ul. Lompy
25
X
C4
A1
20
L=13,1m
A3
F
25
L=10,1m
15
L=8,9m
D2
X
E2
A4
E3
25
L=10,1m
X X
E1
L=7,7m
L=7,7m
25
X X
C3
25
L=10,1m
A2
E4
25
L=7,7m
B1
B4
C2
25
25
X - L=2,8m
B2
L=7,7m
DŁUGOŚCI POŁACI I KATY NACHYLENIA
D3
D1
ul. Ligonia
D4
ObciąŜenie śniegiem niezlodowaciałym dla dachu budynku na podstawie PN [6]
Sk=Qk*C
Qk=0,9 kN/m2
C=0,8 (dla połaci o kątach pochylenia <30°
Sk1=0,9*0,8=0,72kN/m2,
Obliczeniowe yf=1,5
S1=0,72*1,5=1,08kN/m2
ObciąŜenie śniegiem zlodowaciałym dla dachu budynku na podstawie PN [6]
Sk=Qk*C
Qk=R*gk=6*0,37=2,22 kN/m2
C=0,8 (dla połaci o kątach pochylenia <30°
Sk2=2,22*0,8=1,78kN/m2,
Obliczeniowe yf=1,5
S2=1,78*1,5=2,67kN/m2
___________________________________________________________
Ekspertyza nr 01/10/2012 – ustalenie przyczyn awarii płotków przeciwśnieŜnych – ŚUW Katowice…Str.
10
6.1. Analiza obciąŜeń i nośności płotków zamontowanych jednorzędowo
PoniŜej wykonano analizę statyczno-wytrzymałościową płotków zamontowanych jednorzędowo, tzn. w sposób w jaki były zamontowane przed awarią
Połać A1
Siła obciąŜająca jeden wspornik (Fw [kN])
Fw=(S*r*L)*sin20°, gdzie S – obc. śniegiem, r – rozstaw rąbków, L – długość połaci
Fwn = 2,90 kN dla śniegu niezlodowaciałego
Fwz = 7,18 kN dla śniegu zlodowaciałego
Nośność mocowania
wspornika Frw [kN]
9
5
11
-
Uwagi
połączenie gdzie dwie śruby przykręcono Md=26 Nm
połączenie gdzie jedną śrubę przykręcono Md=26 Nm (druga „luźna”)
połączenie gdzie dwie śruby przykręcono Md=32 Nm
połączenie gdzie w obu śrubach nakrętka i główka obracały się swobodnie
(obie „luźne”)
Tabela sporządzona na podstawie obliczeń z rozdziału nr 4.1
WNIOSEK: Wspornik, w którym jedną śrubę dokręcono momentem Md=26 Nm, a druga pozostaje luźna moŜe zsunąć się z rąbka blachy dachowej przy obciąŜeniu śniegiem zlodowaciałym.
W takiej sytuacji wsporniki sąsiednie zostaną dodatkowo obciąŜone siłą dotychczas przenoszoną
przez ten wspornik. Nawet jeśli będą przykręcone dwoma śrubami momentem Md=26Nm to w tej
sytuacji ich nośność będzie zbyt mała i równieŜ zsuną się z rąbków. W ten sposób moŜe dojść
do zsunięcia się płotków na całej połaci dachu
Połacie A2, A3, A4
Siła obciąŜająca jeden wspornik (Fw [kN])
Fw=(S*r*L)*sin25°, gdzie S – obc. Śniegiem, r – rozstaw rąbków, L – długość połaci
Fwn = 2,77 kN dla śniegu niezlodowaciałego
Fwz = 6,84 kN dla śniegu zlodowaciałego
WNIOSEK: Wspornik, w którym jedną śrubę dokręcono momentem Md=26 Nm, a druga pozostaje luźna moŜe zsunąć się z rąbka blachy dachowej przy obciąŜeniu śniegiem zlodowaciałym.
W takiej sytuacji wsporniki sąsiednie zostaną dodatkowo obciąŜone siłą dotychczas przenoszoną
przez ten wspornik. Nawet jeśli będą przykręcone dwoma śrubami momentem Md=26Nm to w tej
sytuacji ich nośność będzie zbyt mała i równieŜ zsuną się z rąbków. W ten sposób moŜe dojść
do zsunięcia się płotków na całej połaci dachu
Połacie od B1 do E4
Siła obciąŜająca jeden wspornik (Fw [kN])
Fw=(S*r*L)*sin25°, gdzie S – obc. Śniegiem, r – rozstaw rąbków, L – długość połaci
Fwn = 2,11 kN dla śniegu niezlodowaciałego
Fwz = 5,21 kN dla śniegu zlodowaciałego
WNIOSEK: Wspornik, w którym jedną śrubę dokręcono momentem Md=26 Nm, a druga pozostaje luźna moŜe zsunąć się z rąbka blachy dachowej przy obciąŜeniu śniegiem zlodowaciałym.
W takiej sytuacji wsporniki sąsiednie zostaną dodatkowo obciąŜone siłą dotychczas przenoszoną
przez ten wspornik. Jeśli będą przykręcone dwoma śrubami momentem poniŜej Md=26Nm to w
tej sytuacji ich nośność będzie zbyt mała i równieŜ zsuną się z rąbków. W ten sposób moŜe dojść
do zsunięcia się płotków na całej połaci dachu
___________________________________________________________
Ekspertyza nr 01/10/2012 – ustalenie przyczyn awarii płotków przeciwśnieŜnych – ŚUW Katowice…Str.
11
Połać F
Siła obciąŜająca jeden wspornik (Fw [kN])
Fw=(S*r*L)*sin15°, gdzie S – obc. Śniegiem, r – rozstaw rąbków, L – długość połaci
Fwn = 1,49 kN dla śniegu niezlodowaciałego
Fwz = 3,69 kN dla śniegu zlodowaciałego
WNIOSEK: Teoretycznie przy obciąŜeniu cięŜkim śniegiem zlodowaciałym wsporniki dokręcone,
jedną lub dwoma śrubami momentem Md=26Nm mają wymaganą nośność połączenia z rąbkiem
blachy dachowej. Jednak w sytuacji gdy wsporniki sąsiednie będą dokręcone „luźno” dojdzie do
przekazania obciąŜeń na wsporniki dokręcone, które równieŜ zsuną się z dachu. W ten sposób
moŜe dojść do zsunięcia się płotków na całej połaci dachu
6.1.1 Nośność na zginanie rurek aluminiowych
4
4
W=(π/4)*(D -d )/D – wskaźnik wytrzymałości na zginanie przekrojów rurowych
W=1,27 cm3 (dla rury Ø35 gr.1,5mm)
W=0,79 cm3 (dla rury Ø28 gr.1,5mm)
MR=W*fu – nośność na zginanie rur
fu = ~110 MPa – szacunkowa wytrzymałość obliczeniowa aluminium (ze względu na brak informacji o stopie aluminium przyjęto wartość najniŜszą)
MR=1,27e-6*110e3=0,14 kNm (dla Ø35 gr.1,5mm)
MR=0,79e-6*110e3=0,09 kNm (dla Ø28 gr.1,5mm)
Połać A1
Moment zginajacy pojedynczą rurkę (M [kNm])
M=(F)*r/8, gdzie F– siła obciąŜająca rurkę, r – rozstaw rąbków
F=Fw/2
Mn = 0,11 kNm dla śniegu niezlodowaciałego
Mz = 0,27 kNm dla śniegu zlodowaciałego
WNIOSEK: Przy obciąŜeniu połaci dachu śniegiem zlodowaciałym zarówno rurka aluminiowa
Ø35 gr.1,5mm jak i rurka Ø28 gr.1,5mm będą miały przekroczoną nośność na zginanie, co moŜe
doprowadzić do ich trwałych odkształceń a w konsekwencji do całkowitej utraty nośności.
Połacie A2, A3, A4
Moment zginajacy pojedynczą rurkę (M [kNm])
M=(F)*r/8, gdzie F– siła obciąŜająca rurkę, r – rozstaw rąbków
F=Fw/2
Mn = 0,10 kNm dla śniegu niezlodowaciałego
Mz = 0,26 kNm dla śniegu zlodowaciałego
WNIOSEK: Przy obciąŜeniu połaci dachu śniegiem zlodowaciałym zarówno rurka aluminiowa
Ø35 gr.1,5mm jak i rurka Ø28 gr.1,5mm będą miały przekroczoną nośność na zginanie, co moŜe
doprowadzić do ich trwałych odkształceń a w konsekwencji do całkowitej utraty nośności.
Połacie od B1 do E4
Moment zginajacy pojedynczą rurkę (M [kNm])
M=(F)*r/8, gdzie F– siła obciąŜająca rurkę, r – rozstaw rąbków
F=Fw/2
Mn = 0,08 kNm dla śniegu niezlodowaciałego
Mz = 0,19 kNm dla śniegu zlodowaciałego
___________________________________________________________
Ekspertyza nr 01/10/2012 – ustalenie przyczyn awarii płotków przeciwśnieŜnych – ŚUW Katowice…Str.
12
WNIOSEK: Przy obciąŜeniu połaci dachu śniegiem zlodowaciałym zarówno rurka aluminiowa
Ø35 gr.1,5mm jak i rurka Ø28 gr.1,5mm będą miały przekroczoną nośność na zginanie, co moŜe
doprowadzić do ich trwałych odkształceń a w konsekwencji do całkowitej utraty nośności.
Połać F
Moment zginajacy pojedynczą rurkę (M [kNm])
M=(F)*r/8, gdzie F– siła obciąŜająca rurkę, r – rozstaw rąbków
F=Fw/2
Mn = 0,05 kNm dla śniegu niezlodowaciałego
Mz = 0,14 kNm dla śniegu zlodowaciałego
WNIOSEK: Przy obciąŜeniu połaci dachu śniegiem zlodowaciałym zarówno rurka aluminiowa
Ø35 gr.1,5mm jak i rurka Ø28 gr.1,5mm będą miały zachowaną nośność na zginanie.
6.2. Analiza obciąŜeń i nośności płotków zamontowanych prawidłowo
PoniŜej wykonano analizę statyczno-wytrzymałościową płotków zamontowanych wielorzędowo. Przy doborze ilości rzędów płotków korzystano z wytycznych producenta płotków firmy
REES z Oberstdorfu.
Połać A1
Dla połaci A1 przyjęto dwa rzędy płotków. Pierwszy zamontowany w odległości ~0,3m od krawędzi okapu (odległość mierzona od osi rurek). Drugi rząd w odległości 4m od rzędu pierwszego. W
pierwszym rzędzie zastosowano dwie rurki aluminiowe Ø32 gr.3mm (stop aluminium o fu
≥170MPa) w drugim rzędzie zastosowano jedną rurkę aluminiową Ø32 gr.4mm (stop aluminium
o fu ≥170MPa). ZałoŜono, Ŝe śruby M12 (A2-70) mocujące wsporniki będą dokręcone momentem Md=56 Nm. We wsporniku jednorurowym pod główką śruby i pod nakrętką przyjęto podkładkę ze stali nierdzewnej (stal A2), zaś we wsporniku dwururowym przyjęto jedną podkładkę ze
stali nierdzewnej (stal A2), rolę drugiej podkładki pełni nakładka na wspornik.
Połać A1
Nośność mocowania
wspornika Frw [kN]
20
Uwagi
połączenie gdzie dwie śruby przykręcono Md=56 Nm
MR=1,82e-6*170e3=0,31 kNm (dla Ø32 gr.3mm) – nośność na zginanie rury
MR=2,20e-6*170e3=0,37 kNm (dla Ø32 gr.4mm) – nośność na zginanie rury
___________________________________________________________
Ekspertyza nr 01/10/2012 – ustalenie przyczyn awarii płotków przeciwśnieŜnych – ŚUW Katowice…Str.
13
Płotek w rzędzie dolnym (0,3m od okapu)
Siła obciąŜająca jeden wspornik (Fw [kN])
Fw=(S*r*L)*sin20°, gdzie S – obc. śniegiem, r – rozstaw rąbków, L – długość połaci
Fwz = 2,19 kN dla śniegu zlodowaciałego
WNIOSEK: Nośność połączenia wspornika z rąbkiem jest zachowana
Moment zginajacy pojedynczą rurkę (M [kNm])
M=(F)*r/8, gdzie F– siła obciąŜająca rurkę, r – rozstaw rąbków
F=Fw/2
Mz = 0,08 kNm dla śniegu zlodowaciałego
WNIOSEK: Nośność rur płotka jest zachowana
Płotek w rzędzie górnym (4,3m od okapu)
Siła obciąŜająca jeden wspornik (Fw [kN])
Fw=(S*r*L)*sin20°, gdzie S – obc. śniegiem, r – rozstaw rąbków, L – długość połaci
Fwz = 4,82 kN dla śniegu zlodowaciałego
WNIOSEK: Nośność połączenia wspornika z rąbkiem jest zachowana
Moment zginajacy rurkę (M [kNm])
M=Fw*r/8, gdzie Fw– siła obciąŜająca rurkę, r – rozstaw rąbków
Mz = 0,36 kNm dla śniegu zlodowaciałego
WNIOSEK: Nośność rury płotka jest zachowana
Połacie A2, A3, A4
Dla połaci A2, A3, A4 przyjęto dwa rzędy płotków. Pierwszy zamontowany w odległości ~0,3m od
krawędzi okapu (odległość mierzona od osi rurek). Drugi rząd w odległości 4m od rzędu pierwszego. W pierwszym rzędzie zastosowano dwie rurki aluminiowe Ø32 gr.3mm (stop aluminium o
fu ≥170MPa) w drugim rzędzie zastosowano jedną rurkę aluminiową Ø32 gr.3mm (stop aluminium o fu ≥170MPa). ZałoŜono, Ŝe śruby M12 (A2-70) mocujące wsporniki będą dokręcone momentem Md=56 Nm. We wsporniku jednorurowym pod główką śruby i pod nakrętką przyjęto
podkładkę ze stali nierdzewnej (stal A2), zaś we wsporniku dwururowym przyjęto jedną podkładkę ze stali nierdzewnej (stal A2), rolę drugiej podkładki pełni nakładka na wspornik.
Połać A2,A3,A4
___________________________________________________________
Ekspertyza nr 01/10/2012 – ustalenie przyczyn awarii płotków przeciwśnieŜnych – ŚUW Katowice…Str.
14
Płotek w rzędzie dolnym (0,3m od okapu)
Siła obciąŜająca jeden wspornik (Fw [kN])
Fw=(S*r*L)*sin25°, gdzie S – obc. śniegiem, r – rozstaw rąbków, L – długość połaci
Fwz = 2,71 kN dla śniegu zlodowaciałego
WNIOSEK: Nośność połączenia wspornika z rąbkiem jest zachowana
Moment zginajacy pojedynczą rurkę (M [kNm])
M=(F)*r/8, gdzie F– siła obciąŜająca rurkę, r – rozstaw rąbków
F=Fw/2
Mz = 0,10 kNm dla śniegu zlodowaciałego
WNIOSEK: Nośność rur płotka jest zachowana
Płotek w rzędzie górnym (4,3m od okapu)
Siła obciąŜająca jeden wspornik (Fw [kN])
Fw=(S*r*L)*sin25°, gdzie S – obc. śniegiem, r – rozstaw rąbków, L – długość połaci
Fwz = 3,93 kN dla śniegu zlodowaciałego
WNIOSEK: Nośność połączenia wspornika z rąbkiem jest zachowana
Moment zginajacy rurkę (M [kNm])
M=Fw*r/8, gdzie Fw– siła obciąŜająca rurkę, r – rozstaw rąbków
Mz = 0,29 kNm dla śniegu zlodowaciałego
WNIOSEK: Nośność rury płotka jest zachowana
Połacie od B1 do E4
Dla połaci od B1 do E4 przyjęto dwa rzędy płotków. Pierwszy zamontowany w odległości ~0,3m
od krawędzi okapu (odległość mierzona od osi rurek). Drugi rząd w odległości 3m od rzędu
pierwszego. W pierwszym rzędzie zastosowano dwie rurki aluminiowe Ø32 gr.3mm (stop aluminium o fu ≥170MPa) w drugim rzędzie zastosowano jedną rurkę aluminiową Ø32 gr.3mm (stop
aluminium o fu ≥170MPa). ZałoŜono, Ŝe śruby M12 (A2-70) mocujące wsporniki będą dokręcone
momentem Md=56 Nm. We wsporniku jednorurowym pod główką śruby i pod nakrętką przyjęto
podkładkę ze stali nierdzewnej (stal A2), zaś we wsporniku dwururowym przyjęto jedną podkładkę ze stali nierdzewnej (stal A2), rolę drugiej podkładki pełni nakładka na wspornik.
Połać B1 do E4
___________________________________________________________
Ekspertyza nr 01/10/2012 – ustalenie przyczyn awarii płotków przeciwśnieŜnych – ŚUW Katowice…Str.
15
Płotek w rzędzie dolnym (0,3m od okapu)
Siła obciąŜająca jeden wspornik (Fw [kN])
Fw=(S*r*L)*sin25°, gdzie S – obc. śniegiem, r – rozstaw rąbków, L – długość połaci
Fwz = 2,03 kN dla śniegu zlodowaciałego
WNIOSEK: Nośność połączenia wspornika z rąbkiem jest zachowana
Moment zginajacy pojedynczą rurkę (M [kNm])
M=(F)*r/8, gdzie F– siła obciąŜająca rurkę, r – rozstaw rąbków
F=Fw/2
Mz = 0,08 kNm dla śniegu zlodowaciałego
WNIOSEK: Nośność rur płotka jest zachowana
Płotek w rzędzie górnym (3,3m od okapu)
Siła obciąŜająca jeden wspornik (Fw [kN])
Fw=(S*r*L)*sin25°, gdzie S – obc. śniegiem, r – rozstaw rąbków, L – długość połaci
Fwz = 2,98 kN dla śniegu zlodowaciałego
WNIOSEK: Nośność połączenia wspornika z rąbkiem jest zachowana
Moment zginajacy rurkę (M [kNm])
M=Fw*r/8, gdzie Fw– siła obciąŜająca rurkę, r – rozstaw rąbków
Mz = 0,22 kNm dla śniegu zlodowaciałego
WNIOSEK: Nośność rury płotka jest zachowana
Połać F
Dla połaci F przyjęto dwa rzędy płotków. Pierwszy zamontowany w odległości ~0,3m od krawędzi
okapu (odległość mierzona od osi rurek). Drugi rząd w odległości 3m od rzędu pierwszego. W
pierwszym rzędzie zastosowano dwie rurki aluminiowe Ø32 gr.3mm (stop aluminium o fu
≥170MPa) w drugim rzędzie zastosowano jedną rurkę aluminiową Ø32 gr.3mm (stop aluminium
o fu ≥170MPa). ZałoŜono, Ŝe śruby M12 (A2-70) mocujące wsporniki będą dokręcone momentem Md=56 Nm. We wsporniku jednorurowym pod główką śruby i pod nakrętką przyjęto podkładkę ze stali nierdzewnej (stal A2), zaś we wsporniku dwururowym przyjęto jedną podkładkę ze
stali nierdzewnej (stal A2), rolę drugiej podkładki pełni nakładka na wspornik.
Połać F
___________________________________________________________
Ekspertyza nr 01/10/2012 – ustalenie przyczyn awarii płotków przeciwśnieŜnych – ŚUW Katowice…Str.
16
Płotek w rzędzie dolnym (0,3m od okapu)
Siła obciąŜająca jeden wspornik (Fw [kN])
Fw=(S*r*L)*sin15°, gdzie S – obc. śniegiem, r – rozstaw rąbków, L – długość połaci
Fwz = 1,24 kN dla śniegu zlodowaciałego
WNIOSEK: Nośność połączenia wspornika z rąbkiem jest zachowana
Moment zginajacy pojedynczą rurkę (M [kNm])
M=(F)*r/8, gdzie F– siła obciąŜająca rurkę, r – rozstaw rąbków
F=Fw/2
Mz = 0,05 kNm dla śniegu zlodowaciałego
WNIOSEK: Nośność rur płotka jest zachowana
Płotek w rzędzie górnym (3,3m od okapu)
Siła obciąŜająca jeden wspornik (Fw [kN])
Fw=(S*r*L)*sin15°, gdzie S – obc. śniegiem, r – rozstaw rąbków, L – długość połaci
Fwz = 2,32 kN dla śniegu zlodowaciałego
WNIOSEK: Nośność połączenia wspornika z rąbkiem jest zachowana
Moment zginajacy rurkę (M [kNm])
M=Fw*r/8, gdzie Fw– siła obciąŜająca rurkę, r – rozstaw rąbków
Mz = 0,17 kNm dla śniegu zlodowaciałego
WNIOSEK: Nośność rury płotka jest zachowana
7. USTALENIE PRZYCZYN ODSPOJENIA SIĘ PŁOTKÓW PRZECIWŚNIEZNYCH OD
POŁACI DACHU
1. Na podstawie pomiarów wartości momentu dokręcenia śrub mocujących pozostałe na
dachu wsporniki płotków przeciwśnieŜnych oraz na podstawie analizy statycznowytrzymałościowej naleŜy domniemywać, Ŝe główną przyczyną odspojenia się wsporników płotków od rąbków pokrycia dachowego było zbyt słabe dokręcenie śrub
mocujących wsporniki.
2. NaleŜy równieŜ zaznaczyć, Ŝe jednorzędowo zamontowane płotki przeciwśnieŜne miałyby
zapewnioną wystarczającą nośność połączenia z dachem jedynie przy duŜym reŜimie wykonawczym podczas ich montaŜu oraz przy normowym obciąŜeniu śniegiem. ReŜim wykonawczy musiałby polegać na starannym przygotowaniu krawędzi bocznych rąbków w
miejscu montaŜu wsporników (odtłuszczenie i sprawdzenie liniowości) oraz dokręceniu
kaŜdej ze śrub mocujących wsporniki momentem Md=56 Nm. JednakŜe naleŜy zaznaczyć, iŜ istnieje prawdopodobieństwo, Ŝe opisany wyŜej reŜim wykonawczy przy jednorzędowym montaŜu płotków nie zapewniłby wystarczającej ich nośności. W przypadku
obciąŜenia dachu lodem lub znacznie zlodowaciałym śniegiem płotki zamontowane jednorzędowo prawdopodobnie i tak utraciłyby nośność (zarówno rurki jak i połączenia wsporników z rąbkiem blachy dachowej)
___________________________________________________________
Ekspertyza nr 01/10/2012 – ustalenie przyczyn awarii płotków przeciwśnieŜnych – ŚUW Katowice…Str.
17
8. ZALECENIA
1. Pozostałe na dachu płotki przeciwśniegowe naleŜy zdemontować ze względu na zagroŜenie, jakie stanowi ich obecny stan techniczny
2. Następnie naleŜy wykonać prawidłowy, dwurzędowy montaŜ płotków przeciwśniegowych
firmy REES zgodnie ze szkicem z załącznika nr 4. Przed przystąpieniem do montaŜu
wsporników naleŜy sprawdzić czy rąbek pokrycia dachowego (w miejscu gdzie będzie
mocowany wspornik) ma zachowaną liniowość, jeŜeli nie naleŜy rąbek wyprostować. W
kolejnym etapie powierzchnie boczne rąbka jak i blachy wsporników naleŜy oczyścić i odtłuścić (stosując środki dedykowane do odtłuszczania aluminium i tytan-cynku).
Wsporniki naleŜy załoŜyć na rąbki w taki sposób aby gwinty śrub zaciskowych
(śruby M12 A2-70, L=40 – gwint suchy) nie dotykały wierzchu rąbka (dzięki czemu uniknie się zarysowania rąbka podczas dokręcania śrub). We wsporniku jednorurowym pod
główką śruby i pod nakrętką naleŜy zastosować podkładkę ze stali nierdzewnej (stal A2),
zaś we wsporniku dwururowym jedną podkładkę ze stali nierdzewnej (stal A2) - rolę drugiej podkładki pełni nakładka na wspornik.
Nakrętki śrub naleŜy dokręcać kluczem dynamometrycznym momentem Md=56Nm
(blokując, przy uŜyciu drugiego klucza, moŜliwość obracania się główki śruby).
NaleŜy stosować rurki aluminiowe (stop aluminium o fu ≥170MPa) o przekrojach
takich jak pokazano w załączniku nr 4. Rurki naleŜy łączyć ze sobą w sposób trwały przy
zastosowaniu tulejek i śrub aluminiowych (patrz załącznik nr 4).
3. Zaleca się zastosować stopery śnieŜne (system REES) w pierwszym rzędzie płotków (1
sztuka na 0,6m)
4. MontaŜ nowych płotków zaleca się prowadzić pod nadzorem inŜyniera posiadającego
uprawnienia budowlane do projektowania i nadzorowania robót budowlanych w specjalności konstrukcyjno-budowlanej. NaleŜy bezwzględnie przed odbiorem robót skontrolować jakim momentem dokręcono śruby wsporników. Prace dachowe naleŜy wykonywać w
temperaturach zalecanych przez producenta blachy tytanowo-cynkowej zastosowanej na
dachu
5. Wszelkie wątpliwości w interpretacji zapisów niniejszego opracowania naleŜy rozstrzygać
z udziałem autora.
UWAGA: Do wykonania nowych płotków moŜna zastosować elementy wsporników, które
zostaną zdjęte z dachu pod warunkiem, Ŝe nie stwierdzi się na nich trwałych odkształceń.
Do ponownego montaŜu nie nadają się rurki aluminiowe (które będą zdjęte z dachu) ze
względu na ich zbyt niską nośność oraz śruby. Do nowych płotków muszą być dobrane
śruby dłuŜsze ze względu na konieczność zastosowania podkładek
------------------------------------------------------------------------------------------------------------Szymon Hotała
___________________________________________________________
Ekspertyza nr 01/10/2012 – ustalenie przyczyn awarii płotków przeciwśnieŜnych – ŚUW Katowice…Str.
18