AWARIA WIELKOPOŁACIOWEGO DACHU.pdf

Prof. dr inŜ. Andrzej AJDUKIEWICZ, Andrzej.Ajdukiewicz@polsl.pl

Dr inŜ. Janusz BROL, Janusz.Brol@polsl.pl

Dr inŜ. Jacek HULIMKA, Jacek.Hulimka@polsl.pl

Dr inŜ. Marek WĘGLORZ, Marek.Weglorz@polsl.pl

Politechnika Śląska w Gliwicach

AWARIA WIELKOPOŁACIOWEGO DACHU

O KONSTRUKCJI DREWNIANEJ

THE FAILURE OF THE LARGE-SIZE TIMBER ROOF

Streszczenie W jednym z duŜych zakładów przemysłowych Śląska doszło w sezonie zimowym 2005/2006 do

zawalenia się znacznej części stalowego dachu dwunawowej hali produkcyjnej. Spadająca konstrukcja stalowa

uszkodziła skrajne dźwigary przyległego dachu drewnianego, skutkiem czego przekryty tym dachem fragment

hali takŜe został wyłączony z uŜytkowania, do czasu wykonania kompleksowej ekspertyzy. Podczas realizacji

ekspertyzy okazało się, Ŝe konstrukcja drewniana wykazuje szereg wad i uszkodzeń stanowiących powaŜne

zagroŜenie dla jej nośności. W referacie przedstawiono stan całości konstrukcji dachu drewnianego, opisując

najbardziej typowe uszkodzenia, wyniki analizy statyczno-wytrzymałościowej oraz zakres i technologię

poszczególnych etapów zalecanych napraw.

Abstract In one of the Silesian large industrial plants, collapse of the considerable part of steel roof of the two-

bays production room took place in winter period 2005/2006. Falling steel construction damaged edge girders of

the adjacent timber roof, what resulted in the situation that part of the production room roof covered with timber

roofing had been closed for utilisation until complex experts evaluation was done. During evaluation it was

found out that timber construction reveals the whole range of defects and damages posing a serious threat to its

loading capacity. The paper presents condition of the whole timber roof construction, describing most typical

defects, results of static-strength analysis, as well as scope and method of running particular stages of the

recommended repairs.

1. Krótki opis konstrukcji dachowej

Przedmiotem referatu jest drewniana konstrukcja dachu przekrywającego dwunawową halę

produkcyjną w jednym ze śląskich zakładów przemysłowych. Zgodnie z zachowanymi

nielicznymi fragmentami oryginalnej dokumentacji projektowej, przedmiotowa hala została

wzniesiona w 1941r., jako przedłuŜenie znacznie starszej hali dwunawowej o konstrukcji

stalowej, tworząc z nią wspólną przestrzeń uŜytkową.

Dwunawowa hala z dachem drewnianym (rys. 1) ma łączną szerokość w osiach słupów

około 44,6m i długość około 102m, przy wysokości w kalenicy nieznacznie przekraczającej

20m. Układ nośny obiektu stanowią masywne słupy Ŝelbetowe, połączone w kierunku

podłuŜnym monolitycznymi belkami podsuwnicowymi w dwóch poziomach. W obydwu

nawach zamontowane są natorowe suwnice pomostowe, w przeszłości obsługujące takŜe

wspomniane wcześniej nawy o konstrukcji stalowej. Obecnie, Ŝelbetowe belki podsuwnicowe

201

wzmocnione są konstrukcją stalową, której genezy nie wyjaśnia posiadana dokumentacja

archiwalna.

Rys. 1. Przekrój poprzeczny hali

Dach nad kaŜdą z naw skonstruowano jako jednospadowy dźwigar drewniany o

konstrukcji kratowej, w efekcie uzyskując dwuspadowy dach nad całym, dwunawowym

obiektem. Poszczególne dźwigary, rozstawione co 3,50m, oparte są w liniach ścian

zewnętrznych na słupkach drewnianych wzmocnionych kształtownikami stalowymi, a w osi

środkowej na słupkach Ŝelbetowych. Wysokość dźwigarów jest liniowo zmienna, od 2,6m w

osiach skrajnych, do 3,7m w osi środkowej. Kratownice wykonano z elementów o

następujących przekrojach:

pas dolny:

140´140 [mm]

pas górny:

140

180 [mm]

słupki:

140

80, 140

100, 140

120, 140

140 [mm]

200 [mm]

Węzły kratownic wykonano przy uŜyciu pierścieni Geka, ze stabilizacją śrubami M24.

Złącza pasów dolnych wykonano jako nakładkowe, z pierścieniami Geka, a złącza pasów

górnych jako dociskowe, z niewielkimi nakładkami stabilizującymi (zatem przenoszące tylko

siły ściskające).

Pomiędzy dźwigarami załoŜono stęŜenia pionowe, w trzech płaszczyznach w kaŜdej z

naw.

Na pasach górnych oparto płatwie drewniane o przekroju 80

krzyŜulce:

100, 2

140, 2

120mm, w rozstawie co

około 1,0m, a na nich wykonano pełne deskowanie o grubości 25mm. Pokrycie wykonano z

dwóch warstw papy na lepiku.

Do dźwigarów dachowych podwieszono instalację oświetleniową.

2. Opis uszkodze ń i wad konstrukcji

Bezpośrednią przyczyną wyłączenia przedmiotowej hali z eksploatacji było zawalenie się

dachu dwunawowej hali stalowej, z którą była ona bezpośrednio połączona od strony

północnej, stanowiąc wspólną przestrzeń uŜytkową. Walący się pod cięŜarem worków

202

śnieŜnych dach stalowy w znacznym stopniu uszkodził skrajne dźwigary drewniane (rys. 2),

stwarzając realną moŜliwość zawalenia się uszkodzonych fragmentów dachu. W zaistniałej

sytuacji UŜytkownik obiektu zlecił autorom referatu wykonanie kompleksowej ekspertyzy

dachu drewnianego, przy załoŜeniu konieczności około 10-letniego okresu eksploatacji.

Rys. 2. Zniszczenie skrajnego dźwigara drewnianego

Z uwagi na uwarunkowania wynikające z konieczności jak najszybszego dopuszczenia

obiektu do eksploatacji, ekspertyzę podzielono na dwa etapy. W pierwszym z nich

przeanalizowano moŜliwość i zasadność dalszego uŜytkowania dachu, a następnie określono

zakres i zalecenia prac naprawczych pozwalających na tymczasową eksploatację obiektu bez

obciąŜenia śniegiem. Etap drugi obejmował pełną analizę obliczeniową konstrukcji oraz

sformułowanie zaleceń prac remontowych, realizacja których pozwoli na stałą eksploatację

obiektu.

Szczegółowy przegląd konstrukcji dachu wykazał następujące wady i uszkodzenia:

zniszczenie skrajnych dźwigarów sąsiadujących z zawalonym dachem stalowym (rys. 2),

zniszczenie styków pasa dolnego w dwóch dźwigarach (rys. 3); jeden z tych dźwigarów

wykazywał ugięcie uniemoŜliwiające eksploatację suwnic i został przez UŜytkownika

obiektu czasowo podstemplowany, z oparciem stempli na unieruchomionym moście jednej

z suwnic,

liczne przypadki poluzowania śrub w stykach pasów dolnych (rys. 4), skutkujące

wysunięciem kolców pierścieni Geka z drewna; w stykach tych praktycznie pracowały

tylko śruby, co drastycznie obniŜało nośność połączeń,

lokalne zerwanie krzyŜulców przypodporowych w dwóch dźwigarach (rys. 5), zmieniające

wewnętrzny schemat statyczny elementów,

bardzo silną korozję biologiczną końcowych odcinków pasów górnych w czterech

dźwigarach,

uszkodzenia korozyjne płatwi i desek poszycia,

praktycznie całkowite zuŜycie pokrycia papowego, rynien i rur spustowych,

wcześniejsze lokalne naprawy, wykonane w sposób nie zapewniający właściwej nośności

elementów i połączeń.

203

Rys. 3. Przypadek uszkodzenia styku pasa dolnego

Rys. 4. Przykład poluzowania śrub w styku pasa dolnego, widoczne pierścienie

Rys. 5. Przykład uszkodzonego krzyŜulca przypodporowego

204

Swoistą wadą konstrukcji, wynikającą z zawalenia się sąsiadującego dachu, było jej

otwarcie na działanie wiatru. W powstałej sytuacji, przy niekorzystnym kierunku wiatru (od

strony rozebranej hali stalowej), znacznie wzrastała przyłoŜona do połaci dachowej

wypadkowa siła ssąca, mogąc doprowadzić do odwrócenia sił w prętach, a w skrajnym

przypadku nawet do zerwania dachu.

3. Analiza obliczeniowa

Analizę obliczeniową konstrukcji dachowej przeprowadzono przy załoŜeniu rzeczywistych

przekrojów prętów konstrukcyjnych, bez potrąceń ewentualnych ubytków, jednak z

uwzględnieniem osłabień otworami. Po szczegółowych oględzinach wszystkie elementy

drewniane zakwalifikowano do klasy C24. Przeprowadzone w programie RM-win obliczenia

wykazały wykorzystanie nośności obliczeniowej odpowiednio w poszczególnych grupach

prętów: pas dolny do 70%, pas górny do 46%, krzyŜulce do 40%, słupki do 56%.

Obliczeniowe ugięcie końcowe wyniosło 25,5mm, wobec dopuszczalnej wartości 37,5mm.

Wykorzystanie obliczeniowej nośności w połączeniach dźwigarów nie przekraczało 82%.

Bazując na powyŜszych wynikach uznano, Ŝe konstrukcja spełnia warunki normowe

wszędzie tam, gdzie nie doszło do uszkodzeń mechanicznych lub korozyjnych, istotnie

obniŜających nośność lub sztywność elementów.

4. Przyczyny obserwowanych uszkodze ń

Obserwowane w konstrukcji dachu uszkodzenia moŜna generalnie podzielić na dwie

grupy. Pierwszą z nich stanowią uszkodzenia mechaniczne spowodowane uderzeniami.

Podstawowe jest tutaj zniszczenie skrajnych dźwigarów spowodowane bezpośrednio

zawaleniem się sąsiadującego dachu stalowego. Do tej samej grupy naleŜą uszkodzenia

styków pasów dolnych, spowodowane uderzeniem suwnicą, chociaŜ trudno tutaj orzec, czy

uderzenie było przyczyną pierwotną, czy wtórną, spowodowaną wcześniejszym nadmiernym

ugięciem elementu wskutek opisanego wcześniej obluzowania śrub i pierścieni w stykach.

Zasadniczą, drugą grupę stanowią typowe uszkodzenia eksploatacyjne, będące wynikiem

wieloletniego uŜytkowania obiektu bez prowadzenia odpowiednich przeglądów i bieŜących

napraw. NaleŜą do niej wszelkie uszkodzenia typu korozyjnego wraz z ich następstwami w

postaci lokalnie zniszczonych prętów. Do tej samej grupy naleŜy zaliczyć poluzowanie śrub i

pierścieni w licznych stykach, zwłaszcza w obrębie pasów dolnych.

Podobnie, do wad eksploatacyjnych, zaliczyć naleŜy przypadki wykonywanych wcześniej

lokalnych napraw, w większości zrealizowanych w sposób amatorski, nie zapewniający

uzyskania przez naprawiany element właściwej nośności.

5. Zalecenia wykonawcze

Jak juŜ wspomniano wcześniej, ekspertyza wykonana została w dwóch etapach, z których

kaŜdy podsumowany został szczegółowymi zaleceniami wykonawczymi.

Zalecenia etapu pierwszego obejmowały wykonanie prac niezbędnych dla umoŜliwienia

bezpiecznej eksploatacji hal poza okresem zimowym. Zalecono tutaj:

rozbiórkę zniszczonych dźwigarów skrajnych, a w efekcie skrócenie hali o jedno pole,

zamknięcie hali poprzez wbudowanie ściany poprzecznej zabezpieczającej wnętrze obiektu

przed wpływami atmosferycznymi,

205

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: