DLACZEGO WIATR PRZEWRACA ŚCIANY?

Przejście przez nasz piękny kraj orkanu Ksawery stanowiło doskonały sprawdzian jakości i wytrzymałości robót budowlanych. Dachy lądowały u sąsiada, blaszaki dwie ulice dalej, a ściany nie chciały się trzymać w pionie. Zwykle narzeka się na jakość projektów, gdzie szczególnie w gotowcach, roi się od błędów i niedopowiedzeń, ale tym razem to technologia prowadzenia robót była główną przyczyną kłopotów. 

Na facebookowej grupie "Budowa domu" zaroiło się od zdjęć pokazujących skutki ignorowania zapisów normy Eurokod 6, czyli mówiąc po ludzku, normy dla konstrukcji murowych co skutkowało przewracaniem się ścian. Zanim przejdziemy do meritum, sprawdźmy jakie warunki pogodowe w czwartek 5 października 2017 r. panowały w Polsce:

Dla naszych rozważań najważniejszy jest wykres pokazujący prędkość wiatru, a w szczególności czerwone poziome "kreski" pokazujące intensywność porywów wiatru. Jak widać, w szczytowym okresie porywy wiatru osiągały prędkość nawet do 30 m/s co odpowiada prędkości ok. 108 km/h. Takie suche wartości niezbyt przemawiają do wyobraźni, dlatego rzucimy okiem na znaną wszystkim skalę Beauforta:

Teraz już te 30 m/s nie wygląda tak niewinnie, prawda? Oczywiście na pogodę wypływu nie mamy i trzeba tak projektować i budować, aby budynek przetrwał takie nawałnice. Co się stało, że wznoszone ściany zaczęły się składać jak domek z kart?

fot. Kamila Skotarczak Sternak

fot. Kamila Skotarczak Sternak

fot. Sebastian Brajer

 fot. Ilona Witczak

  fot. Ilona Witczak

  fot. Ilona Witczak

 fot. Ilona Witczak

Powyższe zdjęcia nie napawają optymizmem, ale dało się tego uniknąć. Ustalenie przyczyn takiego stanu rzeczy jest w tym wypadku banalnie proste - wiatr. A nie tyle wiatr, co ciśnienie jakie wywiera na powierzchnie ściany. Zgodnie z normą Eurokod 1 "Część 1-4: Oddziaływania ogólne. Oddziaływania wiatru" nasz kraj został podzielony na trzy strefy wiatrowe. Większość Polski znajduje się w strefie I, prócz części przybrzeżnej i okolic Kielc, gdzie jest strefa II. W końcu nie na darmo przysłowie mówi, że "piździ jak w kieleckim". Pomijając całą metodykę obliczania charakterystycznego ciśnienia prędkości wiatru, otrzymujemy dla normalnych warunków (gdzie prędkość wiatru to 22 m/s) ciśnienie o wartości q = 0,538 kN/m2 czyli ok. 50 kg/m2. Gdy weźmiemy pod uwagę warunki wyjątkowe, jakie panowały podczas przejścia Ksawerego, otrzymujemy dla prędkości wiatru 30 m/s ciśnienie o wartości q = 1,001kN/m2 czyli ponad 53% więcej niż zakłada wartość normowa!

Norma "murowa" podaje zasady obliczeń i wymagania konstrukcyjne wyłącznie dla ścian nośnych obciążonych głównie pionowo lub obciążonych wiatrem z podpartą górną krawędzią. Rozpatrywana konstrukcja nie mieści się w zakresie przewidzianym normą, gdyż górna krawędź pozostawała bez podparcia, z racji braku stropu, w związku z tym sprawdzenie stateczności należy wykonać indywidualnie.

Konstrukcje sprawdzimy w stanie granicznym nośności EQU – utraty równowagi statycznej konstrukcji lub jakiejkolwiek jej części zgodnie z p. 6.4.1 normy PN-EN 1990. Obciążenie ponadnormową prędkością wiatru potraktowano jako wyjątkową sytuację obliczeniową, więc kombinacja oddziaływań przyjmuje postać:

A sam model obliczeniowy ściany wolnostojącej wygląda tak:

Zakładając, że ścianę wymurowana została z pustaka Porotherm 25 P+W na długość 10 i wysokość 12 bloczków, otrzymujemy wymiar ściany: L = 3,80 m, H = 2,88 m, B = 0,25 m. Ciężar ściany G = 21kN

Dla ścian wolnostojących z tabeli 7.9 normy murowej określamy współczynnik cp,net i obliczamy ciśnienie wiatru: we,B = q * cp,net = 1,00 * 1,5 = 1,5kN/m

Siła wypadkowa od parcia wiatru wynosi: 

Fw = 1,50 kN/m *  1,44 m = 4,32 kN

Stateczność ze względu na obrót:

- moment wywracający (czynny): Md,dst = 4,32 kN * 0,5 * 2,88 m * 1,0 = 6,22 kNm

- moment utrzymujący (bierny): Md,stb = 21,06 kN * 0,5 * 0,25 m = 2,63 kNm

Warunek stateczności na obrót: Md,dst / Md,stb = 6,22/2,63 = 2,36 > 1 - ściana ulegnie obrotowi.

Jak wynika z powyższych, bardzo uproszczonych obliczeń, ściana nie była dość masywna, by oprzeć się parciu wiatru. Gdyby była usztywniona góra przez strop, to po pierwsze: część ciężaru stropu doliczyłaby się do ciężaru ściany i ustabilizowała konstrukcje. Po drugie zmieniłby się schemat statyczny ściany - ze wspornika, na ścianę z usztywnioną górną krawędzią. No, ale - co zrobić, gdy wieje, stropu nie ma, a trzpienie usztywniające wciąż nie są gotowe? Wtedy z pomocą przychodzi nam po raz kolejny norma murowa, a konkretnie punkt 9.3 (3), który głosi:

Należy zwrócić uwagę na ściany, które w trakcie budowy są czasowo nieusztywnione a mogą być poddane obciążeniu wiatrem lub obciążeniom konstrukcyjnym. W celu zapewnienia ich stabilności, jeśli jest to konieczne, ściany te powinny zostać tymczasowo podparte.

I tak naprawdę to jest wszystko w temacie. A teraz z ręką na sercu - która ekipa, który kierownik budowy, który inwestor tego pilnuje? Praktycznie żaden. Mury, gdy zaprawa już zwiąże, mają swoją wytrzymałość na zginanie i jeśli nie ma anomalii pogodowej, nic się nie dzieje. Ale pogoda jest na tyle zmienna, że w ciągu godziny może się zmienić i wystarczy, że dmuchnie wiatr raz a porządnie i wali się ściana parteru czy szczytowa. Pół biedy, gdy zawali się tylko ściana - gorzej jak pod tą ścianą znajdzie się wykonawca czy też inwestor. A wystarczy zrobić coś takiego jak na zdjęciu poniżej.

fot. Sebastian Brajer

Stemple i kawałek deski znajdą się na każdej budowie. I wtedy inwestor, kierownik i wykonawca śpią spokojnie nie bojąc się, że rano znajdą ściany na podłodze.

- Piotr