Dachy obiektów inwentarskich. Rodzaje konstrukcji dachu
Wybór konstrukcji dachu i materiałów do jego wykonania ma zasadniczy wpływ na kształtowanie mikroklimatu wewnętrznego, a tym samym na dobrostan zwierząt i zapotrzebowanie energetyczne obiektu. Jednym z kryteriów doboru rozwiązań jest przeznaczenie budynku.
Spis treści
- Rodzaje konstrukcji dachowych
- Układy jedno- i wielonawowe
- Więźba
- Materiały - drewno, stal czy żelbet
- Zabezpieczenie konstrukcji
- Kąt pochylenia dachu
- Elementy konstrukcyjne
Dach to jeden z najważniejszych elementów konstrukcji każdego budynku, w tym również inwentarskiego czy magazynowego. Jego podstawowym zadaniem jest ochrona przed czynnikami atmosferycznymi. Dach można podzielić na część konstrukcyjną (więźba dachowa), odpowiadającą za bezpieczne przeniesienie wszystkich obciążeń oddziaływujących na jego powierzchnię, oraz zewnętrzną (pokrycia dachowe), na którą bezpośrednio wpływają obciążenia w postaci śniegu, wiatru, deszczu i promieniowania słonecznego.
Na układ warstw dachu składają się ponadto izolacje: termiczna (chroni przed nadmiernym nagrzewaniem wnętrza budynku, a także przed jego ochładzaniem w okresie niskich temperatur), paroszczelna i paroprzepuszczalna. Stosowanie materiałów termoizolacyjnych jest niezbędne w budynkach inwentarskich oraz przechowalniczych, natomiast nie są one wymagane w magazynach ściółki.
Rodzaje konstrukcji dachowych
Konstrukcje dachowe mogą być wykonywane z różnych materiałów, np. ze stali, drewna lub w układach mieszanych stalowo-drewnianych. Wybór odpowiedniego rozwiązania zależy ściśle od budowy obiektu – gabarytów zewnętrznych (rozpiętości, czyli szerokości), jego przeznaczenia (inwentarski, produkcyjny, magazynowy, przechowalniczy) i warunków wymaganego mikroklimatu wewnętrznego, co z kolei wpływa na rodzaj układu (jedno- lub wielonawowy).
Niezbędnym wymogiem dla zachowania właściwych parametrów funkcjonalnych budynków jest zapewnienie optymalnych wielkości ciągów komunikacyjnych, odpowiednich wymiarów części legowiskowo-wypoczynkowych oraz zadawania pasz czy usuwania odchodów. Ich spełnienie przekłada się na wielkość obiektu, a także przyjęcie prawidłowych rozwiązań materiałowo-konstrukcyjnych, które ponadto muszą umożliwiać przeprowadzanie w obiekcie określonych procesów technologicznych oraz uzbrojenie budynku we właściwe instalacje i urządzenia związane z obsługą zwierząt, np. w zgarniaki obornika. Rozróżnia się dwa rodzaje układów konstrukcyjnych budynków – jedno- i wielonawowe.
Układy jedno- i wielonawowe
W przypadku dużych rozpiętości układy wielonawowe wymuszają użycie mniejszych przekrojów elementów stalowych konstrukcji dachowych, lecz konieczne jest wykonanie podpór pośrednich w postaci słupów, płatwi. Jednonawowe przekroje elementów konstrukcyjnych wymagają natomiast stosowania dużych przekrojów profili stalowych, lecz w tych rozwiązaniach brak podpór pośrednich, dzięki czemu łatwiej zagospodarować wnętrze budynku. Jest to szczególnie przydatne np. podczas modernizacji czy adaptacji obiektu do innych funkcji – swobodne kształtowanie wnętrza umożliwia szybką i łatwą przebudowę oraz dostosowanie do nowych technologii utrzymania.
Obecnie najczęściej wykorzystywanymi układami konstrukcyjnymi są ramy stalowe jedno- lub wielonawowe ze ścianami osłonowymi (przy rozpiętościach 12–30 m), ale stosuje się również systemy złożone z podłużnych ścian nośnych i wiązarów kratowych (stalowych o rozpiętości 12–21 m).
Więźba
Przy dużych rozpiętościach budynków rolniczych używa się typowych rodzajów więźb, takich jak jętkowa czy płatwiowo-kleszczowa. Jest to podyktowane głównie tym, że aktualnie wznoszone obiekty rolnicze nie mają stropów oddzielających część produkcyjną od przechowalniczo-magazynowej, oraz przyjętymi standardami dotyczącymi utrzymania zwierząt. Nie oznacza to jednak, że konstrukcje drewniane odchodzą do lamusa, gdyż tradycyjne krokwie zastępowane są elementami z drewna klejonego. Wykorzystanie tego materiału wymaga jednak spełnienia kilku warunków. Jednym z nich jest rozstaw podpór w konstrukcji dachu, który zależy od szerokości budynku, wyboru układu jego wnętrza (jedno- czy wielonawowy), a także rodzaju materiału, z którego ma być wykonane pokrycie dachowe (odziaływanie ze względu na ciężar pokrycia – blacha fałdowa, dachówki, płyty warstwowe itd.).
Zaleca się, aby poszczególne przęsła krokwi z drewna litego nie były dłuższe niż 4,5 m z uwagi na możliwość niespełnienia warunku granicznego ugięcia. Przy ich większych długościach warto rozważyć zastosowanie krokwi z drewna klejonego przy jednocześnie zwiększonym ich rozstawie, a nawet kratowych wiązarów drewnianych (ze względu na dokładność wykonania, a także sposób łączenia elementów dźwigarów, np. za pomocą płytek kolczastych, są one obliczane i wytwarzane w specjalistycznych zakładach).
Materiały - drewno, stal czy żelbet
Dawniej do budowy obiektów inwentarskich czy magazynowych wykorzystywano elementy produkowane z żelbetu lub betonu sprężonego. Przykładem może być konstrukcja więźby dachowej w systemie FERBET, w którym zamiast krokwi z drewna lub stali stosowano elementy żelbetowe z dodatkowym ściągiem mającym na celu stabilizację układu oraz zniwelowanie sił mogących oddziaływać na słupy nośne. System ten (wykorzystywany w praktyce w latach 70. i 80. ubiegłego wieku) był wytwarzany w specjalistycznych zakładach produkcyjnych.
Zastosowanie wyrobów ze stali do budowy elementów konstrukcji nośnych, takich jak ramy, słupy i dźwigary oraz krokwie, podyktowane jest przede wszystkim bardzo dobrymi właściwościami wytrzymałościowymi tego materiału. Jest to stal walcowana na gorąco, niestopowa i spawalna, która spełnia wymagania zawarte w normach europejskich dotyczących wyrobów ze stali konstrukcyjnej spawalnej, m.in. EN 10025-1:2004, EN 10025-2:2004 lub innych powiązanych.
W przypadku produkcji zwierzęcej obok budynków inwentarskich pojawiają się także kubaturowe obiekty towarzyszące, np. magazynowe, w których przechowuje się ściółkę i siano oraz pasze. Magazyny ściółki i słomy, czyli stodoły, były zazwyczaj wykonywane jako konstrukcje z drewna, w późniejszym okresie jako murowane z charakterystycznymi szczelinami wentylacyjnymi w ścianach i ewentualnie w konstrukcji szkieletu żelbetowego, ale z drewnianą więźbą dachową w konstrukcji mieszanej – drewniano-stalowej.
Natomiast w dużych gospodarstwach, gdzie wymagana jest znaczna powierzchnia składowania, magazyny te wznoszone są najczęściej w konstrukcji stalowej, gdzie funkcję elementów nośnych pełnią stalowe słupy i rygle dachowe lub stalowe dźwigary kratowe z usztywnieniami w postaci ściągów dachowych i ściennych oraz ryglami ściennymi, do których mocowana jest blacha trapezowa (wykończenie ścian). W konstrukcji dachowej pojawiają się płatwie stalowe pełnościenne lub skratowane (rzadziej drewniane skratowane), stanowiące podparcie dla pokrycia dachowego.
W obiektach inwentarskich panuje dość agresywne środowisko, które w połączeniu z okresowo wysoką wilgotnością powietrza może oddziaływać korozyjnie na wszystkie materiały konstrukcyjne, dlatego tak ważny jest dobór odpowiedniej i trwałej ochrony. Niegdyś w budynkach inwentarskich wykonywano sufity podwieszane, na których często układano izolację cieplną. W systemach takich jak np. FERMSTAL z uwagi na duże rozstawy ram nośnych (do 6 m) stosowano płatwie skratowane z drewna litego (zabezpieczonego na miarę ówczesnych możliwości). Zamknięta przez sufit podwieszany przestrzeń poddasza uniemożliwiała obserwację płatwi i wpływu na nią wilgoci w okresie użytkowania. Zazwyczaj dopiero w momencie prac modernizacyjnych dochodziło do odkrycia, że płatew na przestrzeni czasu uległa zaawansowanej korozji biologicznej, co skutkowało uszkodzeniem konstrukcji dachu.
Przeczytaj również:
- Jak chronić hale przemysłowe przed nadmiernym nagrzewaniem?
- Płyty warstwowe w budynkach rolniczych. Gdzie można je zastosować? Kryteria wyboru
- Pierwsza biogazownia Grupy E.ON w Polsce. Uruchomienie produkcji energii jeszcze w 2024 roku!
Zabezpieczenie konstrukcji
Ze względu na dużą wilgotność powietrza i agresywne środowisko wewnątrz budynków inwentarskich, a także ewentualne przecieki przez nieszczelności w pokryciu dachu stalowe elementy konstrukcyjne są narażone na uszkodzenia spowodowane korozją. Dlatego tak ważny jest dobór trwałej ochrony przed występowaniem tego zjawiska.
W tym celu elementy stalowe można poddawać cynkowaniu ogniowemu oraz wysokotemperaturowemu z odwirowaniem. Dzięki temu zostaną zabezpieczone przed korozją na wiele lat bez potrzeby przeprowadzania kosztownych i trudnych prac konserwacyjnych tradycyjnymi powłokami malarskimi (np. w oborze, która jest obiektem o ciągłej produkcji).
Trwałość powłok ochronnych w tym również cynkowych jest uzależniona od agresywności środowiska wewnętrznego. W przypadku elementów wykonywanych z drewna należy je zabezpieczyć przez impregnację w warunkach przemysłowych (impregnacja ciśnieniowa), gdyż zapewnia się w ten sposób ciągłość powłoki antykorozyjnej i jednocześnie otrzymuje się gwarancję na wiele lat bezpiecznego użytkowania.
Kąt pochylenia dachu
Kąt pochylenia dachu w budynkach inwentarskich z jednej strony uzależniony jest od strefy wiatrowej, śniegowej i materiału pokryciowego (każdy materiał pokryciowy ma optymalny zakres spadków dachowych, przy których spełnia swoje zadanie szybkiego odprowadzenia wody opadowej i szczelności, a tym samym oddziaływania obciążeń na konstrukcję nośną dachu). Z drugiej zaś w warunkach zabudowy często pojawia się zapis, aby dach dopasować do stylu architektonicznego dominującego na danym terenie, co może np. wyeliminować możliwość zastosowania dachu płaskiego (o nachyleniu poniżej 20°). W większości przypadków dachy w budownictwie rolniczym mają spadki w zakresie kąta pochylenia połaci 20–45°.
Elementy konstrukcyjne
W drewnianej konstrukcji dachowej z dźwigarami kratowymi lub stalowej występują stężenia, które mają stabilizować cały układ więźby, np. wiatrownice, płatwie lub specjalne elementy w postaci krzyżulców. W zależności od zastosowanego elementu konstrukcyjnego stężenia mogą być pionowe lub połaciowe.
Stężenia
Pierwsze z nich wykorzystuje się przy dźwigarach skratowanych. Są one montowane w części środkowej (kalenicowej), czasami w przypodporowej. Instaluje się je między sąsiednimi wiązarami na całej długości budynku, z tego względu bywają nazywane międzywiązarowymi. Przede wszystkim stabilizują i usztywniają cały przestrzenny układ dachu kratownicowego w kierunku podłużnym, a ich dodatkowym zadaniem jest zabezpieczenie konstrukcji rygli ram przed odkształceniami oraz ułatwienie wzajemnego ustawienia wiązarów podczas montażu.
Drugi rodzaj stężeń wykorzystuje się zarówno w konstrukcjach ramowych, gdzie występuje rygiel dachowy, jak i z dźwigarami kratowymi. Stężenia połaciowe należy stosować w skrajnych lub przedskrajnych polach każdej części hali oddzielonej dylatacjami. W praktyce umieszcza się je w co ósmym polu stężeń (pola międzyramowe). Stężenia wykonuje się także w konstrukcjach drewnianych z drewna klejonego, np. w ramach jednonawowych oraz przy dźwigarach drewnianych skratowanych.
Płatwie
Kolejnym elementem konstrukcyjnym, występującym we wszystkich typach konstrukcji dachowych, jest płatew dachowa, układana w kierunku równoległym do kalenicy dachu. Ma ona postać belki lub lekkiej kratownicy, której podstawowym zadaniem jest bezpieczne przenoszenie wszystkich obciążeń z pokrycia dachu na wiązary bądź belki ryglowe.
W zależności od usytuowania w konstrukcji przekrycia hali wyróżnia się płatwie: połaciowe, kalenicowe i okapowe. Pod względem materiałowym w konstrukcjach budynków inwentarskich i magazynowych najczęściej stosowane są płatwie wykonywane z profili walcowanych, zimnogiętych lub w formie skratowanej. W przypadku rozpiętości powyżej 6 m należy wykorzystywać płatwie kratownicowe. Mogą być one wykonywane w formie belek jedno-, dwu- lub wieloprzęsłowych (zazwyczaj płatwie skrajne stosuje się jako rozwiązania naprzemiennie). Wyjątkiem są płatwie w formie kratownic, gdyż obejmują jedynie jedno przęsło.
