Śnieg jako przyczyna katastrof budowlanych


Katastrofa budowlana - obciążenie śniegiem
Katastrofa budowlana - obciążenie śniegiem

 Śnieg – przyczyna katastrof budowlanych

 

 

Reklama: Na naszym portalu www.uprawnienia-budowlane.pl znajdą Państwo kompletne oprogramowanie przygotowujące w 100% do egzaminu na uprawnienia budowlane. Przetestuj wersje demonstracyjne naszego programu TESTY UPRAWNIENIA BUDOWLANE 2017 w wersji stacjonarnej oraz w wersji mobilnej. Jeżeli nie jesteś pewny, poczytaj o nas w zakładce Opinie o programie, w której użytkownicy zostawili opinie po swoim egzaminie na uprawnienia budowlane. Niebędne informacje znajdziesz w zakładce Aktualności.

 

Wedle opinii wielu ekspertów katastrofy budowlane są spowodowane najczęściej przez:

• niewłaściwą eksploatację obiektów budowlanych, związaną z nieprzeprowadzaniem okresowych przeglądów i remontów co w konsekwencji prowadzi m.in. do przeciążenia elementów konstrukcyjnych np. śniegiem, uszkodzeń elementów drewnianych konstrukcji więźby dachowej spowodowanych erozją biologiczną, zmęczenia i zużycia materiałów, z którego były wykonane np. zwietrzałe cegły, ubytki tynków, wykruszone spoiny,
• samowolny demontaż elementów konstrukcyjnych przez osoby do tego nieupoważnione,
• wpływ eksploatacji górniczej oraz brak zabezpieczeń przed taką eksploatacją,
• elementy niespodziewane jak np. wybuch pieców lub maszyn będących elementem wyposażenia,
• błąd człowieka podczas wykonywania robót remontowych,
• dynamiczne oddziaływanie ciężkiego sprzętu samochodowego,
• błąd obsługi podczas wykonywania robót sprzętem mechanicznym,
• wibracje,
• błędy projektowe,
• błędy wykonawcze,
• wstrząsy tektoniczne.

Błędnie przyjęte założenia projektowe dotyczące oddziaływania śniegu na konstrukcję bądź też jego wyjątkowo obfite opady mogą prowadzić do awarii, a nawet katastrof budowlanych. Jednym z najgłośniejszych przypadków takiej katastrofy w Polsce jest Hala Międzynarodowych Targów Katowickich w Chorzowie. Międzynarodowe Targi Katowickie (MTK) były przedsiębiorstwem zajmującym się organizacją targów i wystaw w przeznaczonych do tego kilkunastu halach i pawilonach oraz otwartych powierzchniach ekspozycyjnych należących do Wojewódzkiego Parku Kultury i Wypoczynku w Chorzowie. W jednej z hal MTK, 28 stycznia 2006 roku w trakcie trwania wystawy gołębi pocztowych doszło do zniszczenia konstrukcji i w konsekwencji zawalenia się dachu pod ciężarem śniegu, w wyniku czego zginęło 65 osób.
Hala miała wymiary 97,5 m szerokości i 103 m długości. W centralnej części hali o wymiarach 47x52,8 m wysokość obiektu wynosiła 13,2m, podczas gdy część pozostała miała 10,2 m wysokości. Część podniesiona stanowiła centralny świetlik o wysokości 3,0 m. W niższej części umiejscowionych było 8 świetlików o wymiarach 6x6m i wysokości około 2,0 m.

Konstrukcją wsporczą wyższej części dachu było 6 głównych słupów wewnętrznych usytuowanych na obrysie podwyższenia, o rozstawie 47 m w kierunku poprzecznym oraz 30,8 m i 22,0m w kierunku podłużnym. Podparcie pozostałej części hali stanowiło 66 słupów zewnętrznych rozmieszczonych co około 6 m wzdłuż ścian zewnętrznych. Na słupach wewnętrznych oparte były 3 główne dźwigarowe podciągi o rozpiętości 46,25 m. W węzłach górnych dźwigarów oparte były wiązary i płatwie, które stanowią konstrukcję nośną dachu części wyższej hali. Na słupach wewnętrznych oparte były również podciągi drugorzędne (podłużne i poprzeczne o rozpiętości od 21,25 m do 30,0 m. Słupy hali wykonane były jako czterogałęziowe z rur okrągłych. Pasy górne i dolne oraz krzyżulce przypodporowe podciągów głównych wykonano w przekroju z 2 ceowników 220, pozostałe krzyżulce i słupki z rur kwadratowych 100x100x4. Wiązary i płatwie wykonano z rur kwadratowych 100x100x4 oraz 50x50x3. Konstrukcja wykonana była ze stali St3SX, St3SY i R45. Do wykonania pokrycia dachu wykorzystano blachę fałdową.

Zanim doszło do wspomnianej katastrofy w 2006 roku, już w trakcie zimy w 2002 roku wystąpiła awaria konstrukcji hali. Awaria była wynikiem błędnego sposobu odśnieżania dachu hali polegającego na zrzucaniu dużych ilości śniegu z wyższej części dachu na część niższą. W ten sposób powstała pryzma śnieżna, która w znaczny sposób obciążyła poszczególne elementy konstrukcji dachu hali. W efekcie powyższego dźwigary konstrukcji ugięły się, ścięciu uległy śruby skręcające elementy konstrukcyjne, a także nastąpiło pęknięcie belki podciągowej hali. Jako działania naprawcze dokonano wzmocnienia krzyżulców podciągów poprzez przyspawanie do nich dwóch blach o przekroju 100x6 mm. Ponadto wymieniono styki montażowe w głównym podciągu w osi 15. Po podparciu podciągów w sąsiednich węzłach, z wymuszoną przeciwstrzałką, wycięto istniejące styki i wspawano tzw. wymiany, które składały się z dolnych pasów, pionowych blach węzłowych usytuowanych w osi pasów oraz dolnych nakładek.

Katastrofa w 2006 roku spowodowała, iż dokonano szeregu analiz dotyczących zarówno konstrukcji hali pod względem projektowym, jak i sposobu jej wykonania. Prace badawcze prowadzone przez 3 niezależne od siebie zespoły doprowadziły do ustalenia dokładnych przyczyn, w których należy upatrywać przyczyn zniszczenia konstrukcji dachu.
Już na etapie projektu popełnione zostały błędy – układ konstrukcyjny hali założony przez projektantów został uznany za bardzo niebezpieczny, gdyż utrata nośności jednego głównego elementu nośnego, kratowego podciągu lub też słupa powodowała, iż uszkodzeniu, a w konsekwencji zawaleniu się mogła ulec duża, a w skrajnych przypadkach cała połać dachu. Nie przewidziane zostało przez projektanta wstępne wygięcie podciągów, których rozpiętość wynosi więcej niż 30m. Słupy główne, które składały się z czterech rur pozbawione były jednej wspólnej głowicy i skratowań, które mogłyby przenosić siły poziome. W głównych podciągach zastosowano stosunkowo wiotkie krzyżulce z rur kwadratowych giętych na zimno łączonych bezpośrednio do pasów bez blach węzłowych. W efekcie niskiej jakości wykonawstwa wiele spoin łączących wymienione elementy nie zostało wykonanych poprawnie pod względem jakościowym. Ewidentnym błędem projektowym było zastosowanie dla podciągu o większej rozpiętości (30,75 m) krzyżulców z przekrojów 50x50x3, podczas gdy podciąg krótszy (24,375m) zaprojektowany został z krzyżulcami o wymiarach 100x100x4. Styki montażowe zaprojektowano o mniejszej nośności niż nośność elementów łączonych.

W konstrukcji dachu hali nie zastosowano stężeń połaciowych i pionowych powierzając ich funkcje blachom pokrycia dachowego. Rolą tych stężeń jest nadanie sztywności połaciom dachowym oraz stateczności elementom ściskanym, a także przejęcie obciążeń ze słupów ścian osłonowych i przeniesienie ich na słupy główne. Przeprowadzając obliczenia statyczno – wytrzymałościowe dla rozwiązań konstrukcyjnych hali uzyskano wyniki przekraczające o kilkadziesiąt, a w skrajnych przypadkach o kilkaset % nośność zastosowanych kształtowników i profili użytych do wykonania konstrukcji hali.
Istotnym problemem był również sposób odwodnienia połaci dachowej. Dach miał być odwadniany przez system wpustów zamontowanych w miejscach, gdzie konstrukcja miała się ugiąć pod własnym ciężarem, przez co powstawałby naturalny spadek. Ze spustów dachowych miała być odprowadzana rurami o średnicy 32 mm. Takie rozwiązanie było jednak bardzo niebezpieczne z eksploatacyjnego punktu widzenia, gdyż jakiekolwiek zatkanie wpustów powodowało, iż zbierająca się woda mogła w znaczny sposób obciążyć konstrukcję dachu. Dodatkowym problemem był fakt, iż dach był niemalże płaski. Nieprawidłowości w odwodnieniu spowodowane brakiem spadku spowodowały iż na dachu konstrukcji pojawił się lód, którego ciężar stanowił dodatkowe obciążenie o wartości około 60-80% normowego obciążenia śniegiem. Podczas rozbiórki hali już po katastrofie okazało się, iż w miejscach, gdzie woda powinna być odprowadzona znajdowała się warstwa lodu grubości 10-15cm, podczas gdy w pozostałych miejscach grubość lodu nie przekraczała 5cm, co jasno wskazuje, iż ten sposób odwodnienia dachu nie zdał egzaminu.
Istotną rolę w doprowadzeniu do katastrofy odegrały również błędy wykonawcze. Podczas ekspertyz stwierdzono, iż montaż konstrukcji był niestaranny, w niektórych miejscach śruby łączące poszczególne elementy były niedokręcone, w innych otwory na śruby były wypalane, a jeszcze w kolejnych śrub brakowało. Również połączenia spawane pozostawiały wiele do życzenia, gdyż spoiny nie były wykonane na pełen przetop, a raczej ścieg był przyklejony do elementów łączonych.
Wszystkie wymienione elementy mniej lub bardziej złożyły się na fakt, iż w hali MTK doszło do tragedii. Zniszczeniu uległa nie tylko konstrukcja dachu wraz z wiązarami dachowymi i stężeniami. Odkształceniu bądź zniszczeniu uległa również pozostała część konstrukcji nośnej obiektu (słupy), natomiast częściowemu zniszczeniu bądź też wielopłaszczyznowemu odkształceniu uległy przegrody zewnętrzne pawilonu.

Omówiona katastrofa jest najtragiczniejszą w skutkach awarią wielkopowierzchniowego obiektu jaka kiedykolwiek wydarzyła się w Polsce. Nie oznacza to jednak, iż nie dochodzi do awarii hal, które są mniej tragiczne w skutkach. W 2005 roku zarejestrowanych zostało ponad 130 katastrof przez terenowe organy nadzoru budowlanego, z czego niemalże 50 było spowodowane przez zdarzenia losowe takie jak wiatr, śnieg, deszcz, pożar, wybuch pieca c.o., uderzenie pioruna etc. Z kolei w samym tylko styczniu 2006 roku zgłoszonych zostało 18 katastrof gdzie jako przyczynę podano nadmierne obciążenie konstrukcji dachowej przez zalegający śnieg. Choć w katastrofie w Katowicach popełnionych zostało szereg błędów zarówno na etapie projektowania, jak i wykonawstwa, to nawet w obiektach w których wszelkie normy projektowe i wykonawcze zostały spełnione i teoretycznie wszystko zostało wykonane bez zarzutu, może dojść do awarii lub katastrofy budowlanej.
Jako przykład takiej sytuacji posłużyć nam może pawilon handlowy Leroy Merlin w Gdańsku, w którym 16 marca 2005 roku doszło do uszkodzenia konstrukcji dachu przez zalegający śnieg. Ekspertyza wykonana przez rzeczoznawcę budowlanego wskazuje, iż do katastrofy doszło pomimo zachowania wszelkich reguł sztuki budowlanej i norm w procesie inwestycyjnym. Rzeczoznawcy dokonujący przeglądu technicznego obiektu stwierdzili, iż w konstrukcji metalowej nie było żadnych nieprawidłowości. Według ich opinii katastrofa polegała na lokalnej utracie nośności ramy usytuowanej wzdłuż południowej, czołowej ściany budynku. W wyniku tego powstał przegub plastyczny w sztywnej podporze ramy osi F oraz w ryglu ramy, pomiędzy osiami E i F.

 

Spowodowało to przesunięcie w pionie rygla na wysokość około 2,5 m od posadzki. Dodatkowo rygiel uległ skręceniu o kąt bliski 90o. Sztywna podpora ramy wychyliła się z osi F w kierunku do środka hali. Kratowe płatwie pomiędzy osiami E i F, które pierwotnie oparte były na ryglu w osi F zerwały śruby łączące je z blachami węzłowymi podczas zsuwania się z wymienionego rygla. Uszkodzona konstrukcja ugięła się aż do oparcia na regałach przeznaczonych na składowanie towaru. Utrata nośności przez elementy konstrukcyjne tj. ramy i płatwie spowodowała, iż pokrycie dachu wraz z warstwami wykończeniowymi oraz zalegającym śniegiem zsunęło się do środka. Dzięki temu, iż odgłos pękających elementów konstrukcji poprzedzający katastrofę zaalarmował znajdujące się w hali osoby, obyło się bez ofiar śmiertelnych.
Według opinii ekspertów katastrofa spowodowana była warunkami atmosferycznymi, a dokładniej śniegiem. W okresie od lutego do marca utrzymywała się niska temperatura, której towarzyszyły obfite opady śniegu. W chwili awarii jego grubość na nieuszkodzonej części dachu wynosiła 32 cm co stanowiło około 0,82 kN/m2, a więc poniżej poziomu normowego.