Awaria zabytkowej więźby dachowej

Ocena: 5
3966

W artykule przedstawiono przypadek awarii dachu zabytkowego kościoła pw. Najświętszego Serca Pana Jezusa w Zajezierzu, do jakiej doszło na skutek wielu zaniedbań, których dopuszczono się podczas prac remontowych. Artykuł zawiera opis konstrukcji kościoła, opis i analizę przyczyn powstałej awarii oraz sposób zabezpieczenia budynku przed katastrofą budowlaną.

Rys. 1. Rzut głównych elementów nośnych (wiązary pełne) więźby dachowej

Jesienią 2009 roku w budynku kościoła zauważono znaczne przemieszczenia konstrukcji więźby dachowej. Wezwany na miejsce zdarzenia Powiatowy Inspektor Nadzoru Budowlanego stwierdził stan zagrożenia i zakazał użytkowania obiektu do czasu wykonania robót zabezpieczających. Powstała sytuacja była wynikiem szeregu błędów popełnionych podczas remontu więźby dachowej. Zaniedbania spowodowały zmianę pierwotnego schematu statycznego i na przestrzeni kilku lat doprowadziły do poważnej awarii. Biorąc pod uwagę zabytkowy charakter kościoła zdecydowano o tymczasowym wzmocnieniu, które nie ingerowałoby nadmiernie w układ elementów konstrukcyjnych i pozwoliło na dalsze użytkowanie budynku oraz dało możliwość późniejszej naprawy z zachowaniem oryginalnej konstrukcji.

Opis konstrukcji kościoła
Kościół we wsi Zajezierze istniał od czasów średniowiecznych. W obecnym kształcie funkcjonuje od 1844 roku, kiedy to stary kościół ryglowy zastąpiono budowlą murowaną. Kościół został założony na rzucie prostokąta o wymiarach 22,60 × 12,80 m, usytuowany jest na skarpie ze spadkiem w kierunku zachodnim. Różnica poziomów terenu między ścianami: wschodnią i zachodnią wynosi około 80cm. Mury obwodowe wykonane zostały z kamienia łupanego na zaprawie wapiennej z okrzeskami kamiennymi. Narożniki murów zostały opracowane starannie, z ułożonych warstwami i dobrze spasowanych ciosów granitowych. Pozostałe partie murów wzniesiono w nieregularnym wątku, bez zachowania układu warstwowego.Spoinowanie murów wykonano zaprawą wapienną o niskiej wytrzymałości. Miejscami zaprawę wapienną, zwietrzałą na przestrzeni lat, powierzchniowo – do głębokości kliku centymetrów – zastąpiono zaprawą cementową.

Rys. 2. Przekrój poprzeczny. Układ elementów wiązara pełnego więźby dachowej

Dach jest dwuspadowy, stromy, kryty dachówką betonową w kolorze czerwonym. Więźbę dachową wykonano jako wieszarową z dwoma wieszakami. Wiązary pełne usytuowano naprzemiennie co trzy i cztery pola. Krokwie połączono z belkami wiązarowymi na wręby z czopami. Dodatkowo w wiązarach pełnych zastosowano obejmę stalową obejmującą od góry krokiew, przypustnice i belkę wiązarową. Nadciągi wykonano jako jednoprzęsłowe, oparte na belkach stropowych wiązarów pełnych i niepołączone ze słupami. Pośrednie belki stropowe podwieszono do nadciągów za pomocą śrub o średnicy 14 mm. Płatwie wykonano jako jedno- i dwuprzęsłowe w układzie naprzemiennym, w osi I łączone nad słupami w osiach D i B, a w osi II łączone nad słupami w osiach A i C. Jętki usytuowane są w każdym wiązarze i opierają się na płatwiach. Długość jętek jest większa od rozstawu płatwi o ok. 40 cm. Słupy są połączone z belkami stropowymi za pomocą układu dwóch wzajemnie prostopadłych obejm z płaskowników stalowych, dodatkowo wzmocniono śrubami. Szkic głównych elementów więźby dachowej przedstawiono na rys. 1 i 2.

Stan techniczny konstrukcji więźby dachowej
W roku 2003 budynek kościoła został wpisany do rejestru zabytków, wtedy też zdecydowano o remoncie generalnym więźby dachowej. W opinii technicznej z tamtego okresu stwierdzono powierzchniowe zmurszenie większości elementów konstrukcyjnych. W przypadku niektórych krokwi stwierdzono zniszczenie końców dolnych, a w przypadku murłat, sufitu i podłogi zniszczenie całkowite. Wszystkie złącza, zarówno drewniane na kołki, jak i stalowe uległy rozluźnieniu. Ponadto stwierdzono miejscowe obniżenie stropu. Ugięcie oszacowano na około 5 cm. Zwrócono uwagę na niewłaściwe sztukowanie naddciągu. Sztukowane elementy były do siebie dosunięte na styk. Nie stwierdzono jakiejkolwiek współpracy między nimi. W połączeniu ze zmurszeniem rozpatrywanych elementów, a także z wykonaniem w tych samych punktach więźby łączenia płatwi – powstała możliwość osiadania stropu. W części stropu miedzy osiami 5 i 13 nastąpiła utrata stateczności. Zwrócono uwagę na możliwość dalszego niekontrolowanego osiadania belek stropowych i w konsekwencji doprowadzenie do stanu katastrofy budowlanej. Już w 2003 roku polecono więc podstemplowanie stropu, wymianę lub wzmocnienie zniszczonych elementów konstrukcyjnych oraz naprawę węzłów konstrukcyjnych: flekowanie ubytków, wymiana kołkowania, dokręcenie śrub, pasowanie kotew i ściągów. Żadnych prac remontowych nie przeprowadzano aż do lutego 2006 roku. Według zapisów dziennika budowy prace ograniczono do usunięcia gruzu budowlanego oraz niepotrzebnych materiałów zalegających na poddaszu, podstemplowania belek stropowych, zbicia tynków na suficie czyszczenia belek uszkodzonych przez owady i grzyby, usunięcia końcówek belek stropowych części zmurszałych i uzupełnienia belek połączonych nakładkami obustronnymi 10 × 24 cm, łączonych na śruby, oszalowania stropu od wnętrza kościoła deskami z drewna modrzewiowego, ocieplenia stropu wełną mineralną i wykonania podłogi z desek na poddaszu.

Opis powstałej awarii
Z wykonanych w listopadzie 2009 roku pomiarów geodezyjnych wynika, że największe obniżenie podłogi wystąpiło w osi C-C i wyniosło 180 mm w stosunku do punktów odniesienia umieszczonych na osiach 1 i 15. W stosunku do sąsiednich słupów obniżenie wyniosło odpowiednio 75 mm w stosunku do osi D i 50 mm w odniesieniu do osi B. Ugięcia płatwi oscylowały w granicach od 33 do 65 mm w przęsłach, natomiast ich wzajemne obniżenie na sąsiednich słupach wynosiło od 115 do 190 mm. Ugięcia końców jętek dochodziły do 50 mm. W wiązarze w osi 10 przy podporze w osi II – II nastąpiło złamanie jętki. W wielu przypadkach zaobserwowano brak dokładnego oparcia jętek na płatwi i próby wypełniania powstałych przerw podkładkami z desek o grubości 25 mm.

W osi II–II z uwagi na przemieszczenie konstrukcji zakotwienie płatwi w ścianie szczytowej uległo oderwaniu od powierzchni płatwi; odległość pomiędzy stalowym płaskownikiem a płatwią wynosi 8 cm.

Słupy wiązara pełnego w osi C zostały odchylone od pionu. Odchylenie to wynosi 104 mm, przy wysokości słupa około 1,95 m. Połączenie stalowe słupa z belką główną uległo uszkodzeniu przez ścięcie stalowej śruby; zamykającej pierścień do którego płaskownikami podwieszono belkę główną stropu (fot. 3).

Fot. 3. Stalowa obejma słupa: 1) uszkodzona, 2) nieuszkodzona

Gzyms w pobliżu osi C został wypchnięty na zewnątrz i grozi zawaleniem (fot 4).

Fot. 4. Widok wypchniętego gzymsu

W osi II-II na skutek obniżenia fragmentu konstrukcji słup w osi wiązara B uległ ścięciu na poziomie węzła słup-rozpora, zaobserwowano jednocześnie odchylenie górnego węzła słupa w kierunku ściany szczytowej o wartości około 30 mm.

W osi wiązara pełnego A znajduje się połączenie belek płatwi; na skutek nadmiernych przemieszczeń miecz od strony wiązara 5 wysunął się z gniazda.

Analiza przyczyn awarii
Zauważone w 2003 roku uszkodzenia konstrukcji dachu kościoła wymagały podjęcia natychmiastowych działań naprawczych. Przez prawie trzy lata zwlekano z rozpoczęciem prac, co niewątpliwie pogorszyło stan i tak już nadwerężonych elementów. Niewątpliwie największy wpływ na stan awaryjny kościoła miało niestaranne i ograniczone wykonanie prac remontowych oraz niepełne zrozumienie roli i zasady pracy poszczególnych elementów więźby dachowej.

Fot. 4. Niewłaściwie odtworzony węzeł wiązara pełnego w osi C-C, widoczny fragment wypchniętego gzymsu

Fot. 5. Rozłączony węzeł słup-belka w osi I-I × C

W wiązarze pełnym w osi C podczas wymiany zmurszałego końca belki stropowej nie odtworzono prawidłowo węzła (fot. 4). Wykonując obustronne nakładki z dwóch belek 100 × 200 mm zaniechano połączenia zastrzału z belką stropową. Usunięto również obejmę stalową, która nawet w przypadku braku połączenia belki stropowej z zastrzałem mogłaby przejąć siły rozciągające. W osi I rozłączono słup z belką główną, prawdopodobnie w celu wypoziomowania stropu (fot. 5). Widoczny brak śrub mocujących obejmę do słupa świadczy o niezrozumieniu przez wykonawcę koncepcji więźby wieszarowej i potraktowaniu słupów jak zwykłych elementów ściskanych. Doprowadziło to do przeciążenia i ścięcia śrub obejmy mocującej słup w osi II do belki głównej. Wcześniej belka ta stanowiła element ściągający dla układu wiązarowego. Obecnie pracuje jak belka wolnopodparta. Taka zmiana schematu statycznego spowodowała powstanie dużych sił od rozporu i znaczne przemieszczenia konstrukcji dachu w kierunku na zewnątrz. Znaczne ugięcie wspomnianej belki, na której wspiera się nadciąg, a za jego pośrednictwem pozostałe belki stropowe, spowodowało duże obniżenie pozostałej części stropu. Skutki awarii dachu w osi C spotęgowane zosały zapewne faktem, że w analizowanym fragmencie konstrukcji nad słupem w osi II łączą się również płatwie, które przy dosunięciu jedynie na styk nie zapewniają żadnej sztywności w kierunku poprzecznym.

W wiązarze w osi 10, podobnie jak w sąsiednim wiązarze pełnym podczas wzmacniania zmurszałych końców belek stropowych nie połączono ich z krokwiami. Przemieszczenie końca krokwi zwiększyło obciążenie końca jętki i doprowadziło do jego złamania.

Prace zabezpieczające konstrukcję
W okresie bezpośrednio po stwierdzeniu awarii wykonano stemplowanie stropu wzdłuż osi II, podpierając belki stropowe w strefie największych ugięć oraz stężając więźbę rozporami ukośnymi (fot. 6). Wiązar pełny w osi C zabezpieczono doraźnie pasami.

Fot. 6. Doraźne wzmocnienie więźby dachowej

W związku z brakiem możliwości wykonania remontu w okresie zimowym polecono dokonać dokładniejszego wzmocnienia konstrukcji więźby dachowej. Zdecydowano o zwiększeniu stemplowania belek stropowych w osi II – II oraz o wykonaniu wzmocnień wiązarów pełnych za pomocą bali drewnianych 2 × 60 × 160 mm łączonych na śruby M12 (fot. 7). Nakazano wzmocnienie zlamanej jętki nakładkami obustronnymi 60 × 160 mm.

Fot. 7. Wykonane wzmocnienie wiązarów pełnych

Fot. 8. Wykonane stemplowanie belek stropowych w osi II-II

Polecono również założenie plomb szklanych na gzyms w celu jego monitorowania.

Wnioski końcowe

  1. Bezpośrednią przyczyną awarii był błędnie przeprowadzony remont, a w szczególności przeciążenie związane ze zmianą pierwotnego schematu statycznego konstrukcji.
  2. Brak staranności wykonawców i niedostateczny nadzór nad ich pracą doprowadził do pozbawienia wzajemnej współpracy elementów, których zespolenie było niezbędne dla geometrycznej niezmienności konstrukcji dachu.
  3. Zrozumienie zasad pracy wyjątkowo dziś wykonywanych ustrojów budowlanych jest podstawą właściwie przeprowadzonych prac modernizacyjnych.
  4. Prace w obiektach zabytkowych powinny być bezwzględnie prowadzone pod stałym nadzorem osób z odpowiednim doświadczeniem i stosownymi uprawnieniami budowlanymi, oraz w oparciu o szczegółową dokumentację projektową. Brak tych dwóch czynników prowadzi do wykonywania wielu prac „na skróty” co stanowi zagrożenie dla zabytkowych konstrukcji i może stac się przyczyną awarii.

Literatura

  1. Kotwica J.; Konstrukcje drewniane w budownictwie tradycyjnym; Arkady; Warszawa 2004
  2. Rudziński L.; Konstrukcje drewniane. Naprawy, wzmocnienia, przykłady obliczeń; Wydawnictwo Politechniki Śląskiej; Kielce 2010

mgr inż. Jarosław Błyszko
dr inż. Stefan Nowaczyk
Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Źródło: Dachy, nr 3 (147) 2012
PODZIEL SIĘ:
OCEŃ: