Współczynniki kształtu dachu μi służą do modelowania (przyjęcia schematu) rozkładu obciążenia śniegiem na połaci dachu. Uwzględniają one geometryczne cechy dachu, oddziaływanie wiatru oraz ukształtowanie geometryczne dachów sąsiednich. Są to deterministyczne współ-czynniki konwersji. Określono je na pod-stawie doświadczeń z eksploa tacji istnie-jących budynków, dość skąpych danych eksperymentalnych, albo jako wartości średnie lub jako wartości arbitralnie usta-lone czy też kąta spadku dachu. Przykład wyników badań rozkładu grubości pokry-wy śnieżnej na dachu wielopołaciopokry-wym w Ottawie pokazano na rys. 1 [12].
Pokrywa śnieżna na połaci da-chu budynku może się rozkładać
na wiele różnych sposobów. O jej kształcie decydują nie tylko cechy geometryczne i właściwości ter-miczne dachu, ale także m.in. wa-runki klimatyczne (np. wietrzność, nasłonecznienie połaci, zmiany tem-peratury między nocą a dniem, opady nie tylko śniegu, ale również deszczu) oraz bliskość sąsiednich budyn-ków i inne uwarunkowania miejscowe.
Analizę tych czynników przedstawiono m.in. w [4], [6], [11], [12] i [14].
Zasadniczymi czynnikami, które uwzględnia się w określeniu normo-wych wartości współczynników kształ-tu dachu μi, są parametry geometrycz-ne połaci dachowej oraz oddziaływanie wiatru. Na rys. 2 [4] pokazano wpływ wiatru na formowanie się pokrywy śnieżnej dla różnych kształtów dachu (dwuspadowego i łukowego w
bu-dynku dwunawowym oraz o małym spadku z przeszkodami w budynku jednonawowym).
Zjawiskiem silnie wpływającym na kształt pokrywy śnieżnej na dachu jest oddziaływanie wiatru (rys. 1 i 2). Jeśli prędkość wiatru nie przekracza 4–5 m/s, to śnieg układa się na dachu w sposób równomierny.
Pod wpływem silniejszego wiatru, już podczas opadu śniegu, dochodzi do nierównomiernego rozłożenia wy śnieżnej na dachu. Ponadto pokry-wa śnieżna na dachu podatna jest na redystrybucję pod wpływem wiatru, choć bardzo w różnym stopniu. Cząst-ki śniegu mogą być transportowane z miejsca, gdzie opadły, i przenosić się na sąsiednie miejsca. Wiatr powoduje ubytki pokrywy śnieżnej w pewnych re-jonach i jej przyrosty w innych. Konse-kwencją tego może być nierównomier-ne obciążenie dachu śniegiem, a także formowanie się za przeszkodami zasp śnieżnych (worków śnieżnych). Stąd w [10] przyjęto schematy obciążenia śniegiem dachu rozłożonego:
■ równomiernie (schematy wynikające jedynie z kształtu dachu – bez prze-mieszczania się śniegu),
■ nierównomiernie (schematy wyni-kające z przemieszczania się śniegu z jednego miejsca dachu na inne, np. przez wiatr).
Nierównomierne obciążenie śniegiem może być szczególnie niekorzystne w przypadku konstrukcji wrażliwych na tego rodzaju układy obciążeń (np. dachy łukowe, kopuły). Taki schemat obciąże-nia może również wystąpić w przypadku niewłaściwej kolejności odśnieżania da-chu i znane są przypadki awarii spowo-dowane taką przyczyną. Między innymi mechanizm katastrofy hali Międzynaro-dowych Targów Katowickich w Chorzo-wie [3] został zainicjowany w wyniku niewłaściwego odśnieżenia tylko części połaci, tj. wystąpienia nierównomierne-go schematu obciążenia dachu.
W wyniku oddziaływania wiatru do-chodzi do akumulacji wtórnej w miej-scach osłoniętych dachów – w cieniu a)
Rys. 1 Przykład wyników pomiaru grubości pokrywy śnieżnej na dachu wielopołaciowym w Ottawie [12]
Rys. 2 Wpływ oddziaływania wiatru na formowanie się pokrywy śnieżnej na dachach o różnych kształ-tach ich połaci: a) dach dwuspadowy w budynku dwunawowym, b) dach łukowy w budynku dwunawowym, c) płaski dach z przeszkodami i uskokami w budynku jednonawowym [4]
12 m
t e c h n o l o g i e
grudzień 13 [112]
REKLAMA
aerodynamicznym. Dlatego często na takich dachach pojawiają się zaspy śnieżne (worki śnieżne), czyli wysokie warstwy śniegu po stronach zawietrz-nych przeszkód (tj. nadbudówek, attyk – rys. 3a, świetlików – rys. 3b, paneli baterii słonecznych, reklam, szyldów, billboardów – rys. 3c, itp.) i większe ob-ciążenie połaci zawietrznej na dachach np. dwuspadowych lub łukowych.
W publikacjach [5] i [7] przedsta-wiono katastrofę części dachu hali za ażurową reklamą i attyką. Na uszkodzonej połaci za reklamą
war-stwa śniegu tworzyła zaspę o trape-zowym przekroju i wysokości ponad 0,6 m, o schemacie wg rys. 3c. Re-klama miała wysokość 3,0 m i wy-stawała ponad attykę 0,5 m. Jej pa-rametry geometryczne sprawiły, że reklama działała jak klasyczny przy-drożny płotek przeciwśnieżny, który spowodował utworzenie się zaspy śnieżnej na dachu obiektu, dopro-wadzając do jego katastrofy.
Ostatnio na dachach budynków mon-towane są baterie paneli słonecznych.
Ze względu na możliwość tworzenia
się wokół nich zasp śnieżnych dachy takich obiektów powinny być spraw-dzane ze względu na zwiększane lo-kalnie obciążenia śniegiem (fot.).
Istotnym czynnikiem wpływają-cym na obciążenia śniegiem da-chu jest kąt pochylenia połaci dachowej. Im kąt nachylenia dachu jest mniejszy, tym trudniej odprowa-dzić z niego opady atmosferyczne. Na quasi-płaskich dachach trzeba za-stosować lepsze (a często droższe) materiały wodoizolacyjne. Należy również zwrócić uwagę, że pod
a) b) c)
Rys. 3 Tworzenie się zasp śnieżnych na zawietrznych stronach przeszkód: a) attyki, b) świetlika, c) reklamy, szyldu, billboardu
t e c h n o l o g i e
Fot. Baterie paneli słonecznych na dachu budynku, przy których mogą się tworzyć zaspy śnieżne
Zwykle powstają budynki o dostatecznej nośności do przeniesienia obciążenia zgodnego z normą śniegową. Jeśli jednak opady śniegu są bardzo intensywne i obciążenie jest większe od normowego, koniecz-ne jest jego usuwanie z dachu.
W Polsce rozporządzenie Ministra Infrastruktury z 12 marca 2009 r. sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowa-nie (Dz.U. z 2009 r. Nr 56, poz. 461), w § 204 ust. 7 nakłada obowiązek stałej kontroli parametrów istotnych dla bezpieczeństwa konstrukcji budynków uży-teczności publicznej przeznaczonych do przebywania wielu osób.
Sposobem uniknięcia lub ograniczenia skutków nadmiernego obciążenia śniegiem dachów jest stosowanie systemów monitoringu i ostrzegania przed nadmiernym ich obciążeniem. Monitorowanie pomaga osobom odpowie-dzialnym w podjęciu decyzji związanych z odśnieżaniem dachu (najczęściej decyzji o braku konieczności jego odśnieżania). Koszty systemu monitoringu obciążenia dachu są znacząco mniejsze niż te, które trzeba przeznaczyć na jego ewentualne niepotrzebne odśnieżanie czy też wzmocnienie lub remont po uszkodzeniu.
wpływem obciążenia śniegiem w takich dachach o dużej rozpię-tości ugięcie będzie duże i może utworzyć się niecka, w której będzie się zbierać lodośnieg. Niepoprawne odprowadzenie wody z dachu może powodować gromadzenie się lodu i w efekcie zwiększenie obciążenia śniegiem dachu. Taka sytuacja była jedną z przyczyn katastrofy hali Mię-dzynarodowych Targów Katowickich w Chorzowie [3].
Wobec powyższego można sformuło-wać następujące zalecenia:
■ nie należy stosować dachów bez odpowiednich spadków połaci i bez zapewnienia skutecznego odprowa-dzenia wody, gdyż grozi to nawad-nianiem śniegu leżącego na dachu i zwiększaniem jego ciężaru objęto-ściowego;
■ nie należy stosować dachów z du-żymi uskokami połaci, typu wyso-kich świetlików ze ścianami piono-wymi (przy których tworzą się zaspy śnieżne).
Piśmiennictwo
1. A. Biegus, Obciążenie śniegiem według norm PN-80/B-02010/Az1 oraz PN-EN 1991-1-3:2005, „Builder” nr 12/2006.
5. W. Burakowska, Katastrofy budowlane,
„Inżynier Budownictwa” nr 2/2006.
6. A. Flaga, Analiza wpływu różnych czyn-ników na obciążenie śniegiem dachów, XXIII Konferencja Naukowo-Techniczna Awarie Budowlane 2007.
7. W. Pieśla, Konsekwencje obciążenia da-chu „workiem śnieżnym”, „Wiadomości Projektanta Budownictwa” nr 8/2006.
8. PN-80/B-02010 Obciążenia w oblicze-niach statycznych – Obciążenia śnie-giem.
9. PN-80/B-02010/Az1:2006 Obciążenia w obliczeniach statycznych – Obciążenia śniegiem.
10. PN-EN 1991-1-3:2005 Eurokod 1: Od-działywania na konstrukcje. Część 1-3:
Oddziaływania ogólne. Obciążenia śnie-giem, PKN, Warszawa 2005.
11. A. Rawska-Skotniczy, Obciążenia budyn-ków i konstrukcji budowlanych według Eurokodów, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2013.
12. D.A. Taylor, Roof snow loads in Canada,
„Canadian Journal of Civil Engineering”, vol. 7, No 1, 1980.
13. J.A. Żurański, Obciążenie śniegiem w ujęciu nowej normy PN-EN 1991-1-3:2003, „Inżynieria i Budownictwo”
nr 2/2006.
14. J.A. Żurański, A. Sobolewski, Obcią-żenia śniegiem w Polsce, ITB, Warsza-wa 2009.
2. A. Biegus, Podstawy projektowania kon-strukcji. Oddziaływania na konstrukcje.
Projektowanie konstrukcji stalowych, Zeszyt Edukacyjny nr 1, Builder 2011.
3. A. Biegus, K. Rykaluk, Katastrofa hali Międzynarodowych Targów Katowickich w Chorzowie, „Inżynieria i Budownictwo”
nr 4/2006.
4. J. Buska, W. Tabiason, Minimizing the adverse effects of snow and ice on ro-ofs, International Conference on Buil-ding Envelope Systems and Technologies ICBEST-2001 Ottawa, Canada.