Projektowanie płotków przeciwśniegowych

Choć leżąca na dachu warstwa śnieg wygląda malowniczo, to bywa jednak dużym zagrożeniem. Jej ciężar wynosi od 1 do nawet 4 kN/m3. Zsuwające się z dachu czapy śniegu zagrażają bezpieczeństwu ludzi, uszkadzają rynny i elewacje.

Tekst Artur Bogucki, Bartosz Bogucki, Conrad Kaliczak; konsultacja mgr inż. Mariusz Boderek

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zdarza się również, że śnieg obciążający dach budynku prowadzi do uszkodzeń płotków przeciwśniegowych, a tym samym dachu. Także podczas zbliżającej się zimy może dojść do sytuacji zawalenia dachów spowodowanej nadmiernym obciążeniem śniegiem, jeżeli wystąpią jego intensywne opady. Zazwyczaj dochodzi do tego w budynkach z przęsłami dachowymi o dużej rozpiętości. Wymiarowanie konstrukcji dachowej budynku wylicza się uwzględniając szacowane obciążenie śniegiem. Zależy ono między innymi od:

• regionu kraju i związanej z tym strefy śniegowej,
• położenia budynku względem stron świata i poziomu morza,
• rodzaju kształtu dachu (na przykład dachy jedno- i dwuspadowe, wklęsłe i pilaste, łukowe i kopuły, o różnych wysokościach).

Polska podzielona jest na pięć stref śniegowych, które określają szacowaną ilość śniegu na gruncie w danym miejscu (wartość charakterystyczna). Jest to od 0,7 (co odpowiada 0,7 kN/m2, 1 kN/m2 ≈ 102 kg/m2 w południowo–zachodniej części kraju do 2,0 (co odpowiada 2,0 kN/m2) w górach. Szczegółowe informacje na temat stref śniegowych można znaleźć w Eurokod EN 1991-1-3 „Oddziaływania na konstrukcje — Część 1-3: Oddziaływania ogólne — Obciążenie śniegiem”. Można w niej znaleźć także informacje o tym, jak dostosować wartość z uwzględnieniem położenia w terenie.

Szacuje się, że dachy budynków usytuowanych w wysokopołożonych miejscach i na otwartym terenie są mniej obciążone śniegiem. Będzie ono większe dla budynków położonych między innymi w osłoniętych miejscach (dolinach) lub miejscach osłoniętych przez inne, wyższe budynki bądź przeszkody terenowe.

Kształt dachu ma wpływ na prawdopodobieństwo zalegania śniegu na różnych powierzchniach. Przy wymiarowaniu używa się tak zwanych współczynników kształtu. Współczynnik ten mnoży się przez wartość ilości śniegu na gruncie. Osoby, które zajmują się konstrukcją dachową budynków wiedzą, że wymiarować należy dla równomiernego obciążenia na całym dachu, jak i na wypadek nagromadzenia śniegu na pewnych częściach dachu, na przykład tylko na jednej połaci dachowej. Polskie przepisy budowlane podają dla dachu dwuspadowego współczynnik kształtu 0,8 (i mniej) dla równomiernego obciążenia oraz 8,0 dla dachów zakończonych attyką (to oznacza, że lokalnie znajduje się więcej śniegu niż leży go na ziemi). Jest to dobry sposób na sprawdzenie wpływu nierównomiernego obciążenia na konstrukcję dachu i jej wytrzymałości. Są to tak zwane obciążenia dla wyjątkowych zasp śnieżnych, czyli obciążenia, które statystycznie mogą wystąpić, ale istnieje tu pewien margines błędu (mogą być wyższe). Dlatego wartość obciążenia śniegiem zwiększa się stosując współczynnik bezpieczeństwa (1,5). Do tego uwzględnia się nachylenie połaci dachowych, od którego zależy, ile śniegu spowoduje obciążenie płotków przeciwśniegowych w kierunku spadu dachu. Faktyczne obciążenie płotków przeciwśniegowych powodują prawa natury, takie jak grawitacja i wiatr, a także fakt, że wiele materiałów dachowych ma bardzo niski współczynnik tarcia w czasie odwilży.

Obciążenie śniegiem i płotki przeciwśniegowe na dachach łukowych i skośnych

Maksymalna ilość śniegu szacowana na jedną połać dachu (porównaj nierównomierne obciążenie) musi móc obciążyć płotki przeciwśniegowe zamontowane na tym dachu. Według starych przepisów szwedzkiego Urzędu Mieszkalnictwa i Rozwoju Miast dotyczących konstrukcji budynków nierównomierne obciążenie dachów łukowych (kolebkowych) było rozłożone równo na jednej połaci, podczas gdy według Eurocode obciążenie jest rozłożone trójkątnie, to znaczy szczyt powyżej środka jednej połaci oraz zero przy wierzchołku i okapie. Często można to uprościć przy wymiarowaniu krokwi dachowych, przenosząc odpowiadającą wartość dla równomiernie rozłożonego obciążenia na danej połaci dachu. Ta zasada nie działa jednak przy wymiarowaniu płotków przeciwśniegowych. Na większych halach umieszcza się je w kilku rzędach, z których te zamontowane na środku jednej połaci dachu będą bardziej obciążone, jeżeli to tam przypada największa ilość śniegu według Eurocode 1991-1-3.

Nie możemy pozwolić, żeby wykonawcy dachów i dostawcy produktów byli zmuszeni konkurować ze sobą jak najniższą ceną i najmniejszą liczbą płotków przeciwśniegowych, żeby otrzymać zlecenie, a później byli narażeni na reklamacje, ponieważ płotki przeciwśniegowe nie były dostosowane do obciążeń, które były możliwe do oszacowania na podstawie wiedzy o obciążeniach śniegiem mogących wystąpić na danych częściach dachu. Projektant konstrukcji dachowej określa ilość śniegu, która może wystąpić i w naturalny sposób te dane zostają również użyte przy wymiarowaniu płotków przeciwśniegowych.

 

 

Na dużych dachach oraz w miejscach, gdzie wystąpienie śniegu jest bardziej prawdopodobne, obciążenie śniegu będzie miało decydujące znaczenie dla wymiarowania konstrukcji dachu. Nie jest to nic nowego, nawet jeżeli są pewne różnice pomiędzy polskimi przepisami budowlanymi a Eurocode. W dzisiejszych przepisach brakuje informacji o ilości śniegu, jaki napiera na płotki przeciwśniegowe.  Płotki przeciwśniegowe mają zapobiec spadaniu śniegu na osoby i mienie, które mogą znajdować się w okolicy budynku. Wymóg dotyczący tego, aby temu zapobiec znajduje się w Prawie Budowlanym – ustawa z dnia 7 lipca 1994 (Dz.U. nr 89, art. 61). Niezależnie od tego, których przepisów/ustaw się przestrzega, należy wymiarować je w taki sposób, aby wytrzymały te obciążenia (między innymi śniegiem), które mogą działać na instalację oraz jej mocowanie do dachu.

Lód na dachach

Typowym zjawiskiem dla szerokości geograficznej Polski jest pojawianie się lodu na dachach, w szczególności tych wykonanych w pokryciach blaszanych (blachodachówka, blacha trapezowa, blacha na rąbek lub profil zatrzaskowy). Powodem jest duża dobowa amplituda temperatur. Temperatura powyżej zera w ciągu dnia sprzyja roztapianiu nagromadzonego śniegu na dachu, zaś blaszane pokrycie szybko akumuluje ciepło. W nocy zaś temperatura gwałtownie się obniża, spadając poniżej zera. Roztopiony śnieg zaczyna zamarzać, a efekt potęguje blaszane pokrycie dachu. Tworzy się warstwa lodu, grubsza jeśli przez wiele dni powtarzają się te warunki atmosferyczne. Na dachach pokrytych blachą na rąbek lub profil zatrzaskowy doprowadza to do powstania bardzo groźnych dla bezpieczeństwa tafli lodu. Niezatrzymana poprzez rozbijacz lodu bądź pręt przeciwlodowy, wysuwa się znad krawędzi, by spaść niczym gilotyna.

Plan odśnieżania dachu

Może być kilka powodów, dla których konieczne będzie usunięcie śniegu z całości lub części dachu:

• Niebezpieczeństwo przeciążenia konstrukcji dachu i urządzeń na dachu.
• Niebezpieczeństwo spadnięcia śniegu i lodu na osoby lub mienie (Prawo Budowlane – ustawa z dnia 7 lipca 1994 (Dz.U. nr 89 poz. 414) , Art. 61 Punkt 2).
• Niebezpieczeństwo przecieku w razie przedostania się wody spod warstwy śniegu przez izolację.

Po co plan odśnieżania? Plan odśnieżania podaje kiedy i w jaki sposób śnieg ma zostać usunięty z dachu. Dach należy odśnieżyć w całości lub częściowo, jeżeli wystąpi jedna z podanych przyczyn. Aby ustalić, czy obciążenie może być za duże, należy ocenić ilość śniegu (obciążenie śniegiem) na konkretnych częściach dachu. Trzeba znać masę śniegu. Na dachu mogą znajdować się pręty pomiarowe, można także mierzyć gęstość śniegu na ziemi. Nie wystarczy sama głębokość śniegu, ponieważ może on mieć różną gęstość. Nie powinno się też oceniać ilości śniegu na dachu mierząc jego grubość na gruncie, ponieważ na nagromadzenie śniegu na dachu może wpływać tworzenie się zasp ze względu na wiatr czy śnieg zsuwający się z wyżej położonych dachów. Na etapie projektowania może być trudno stwierdzić, gdzie może zbierać się śnieg i lód, który może spaść. Należy dostosować plan odśnieżania, kiedy zdobędzie się wiedzę o rzeczywistych warunkach. To samo dotyczy ryzyka przecieku. Wiadomo jednak, że rynny, kosze i przewody dachowe to miejsca, przez które woda może się przedostać, kiedy śnieg topnieje lub przy dużych jego ilościach.

Ważne, żeby podczas prac projektowych określony został sposób usuwania śniegu. Na niektórych rodzajach budynków nieprawidłowy sposób usuwania czy przemieszczania śniegu może spowodować nierównomierne obciążenie lub przeciążenie konstrukcji dachu, a w rezultacie zniszczenia. Razem z właścicielem/zarządcą nieruchomości należy wypracować metody, które nie spowodują uszkodzenia izolacji oraz urządzeń na dachu, jak również nie będą wiązały się z niebezpieczeństwem wypadku  osób usuwających śnieg lub osób, które mogą znajdować się w pobliżu podczas odśnieżania dachu.

Kto sporządza plan odśnieżania? Osobami, które wiedzą najwięcej o warunkach na dachu i przylegających powierzchniach, są zarządca projektant-konstruktor z odpowiednimi uprawnieniami. Niebezpieczeństwem przeciążenia konstrukcji dachu i innych urządzeń na niej, na przykład płotków przeciwśniegowych, powinien zajmować się konstruktor, natomiast zarządca wie więcej na temat sąsiednich budynków, przeznaczenia i otoczenia. Konieczne jest dokonanie oceny niebezpieczeństwa zsuwania się śniegu i lodu na grunt publiczny lub osoby i mienie, żeby ustalić, czy potrzebne będą instalacje zatrzymujące śnieg i lód. Projektant powinien opracować powinni opracować dokumentację zawierającą informacje mające znaczenie dla bezpieczeństwa i zdrowia podczas prac eksploatacyjnych i konserwacyjnych. Dotyczy to na przykład planowania odśnieżania dachów przy dużych ilościach śniegu, w specjalnych obszarach, czy też inne formy kontroli i konserwacji.

Normy dotyczące płotków i rur przeciwśniegowych

W kliku europejskich krajach istnieją normy dotyczące płotków przeciwśniegowych. W Szwecji obowiązuje  norma SS 831335:2017 dotycząca płotków przeciwśniegowych (płotki wysokie na 150 mm). Wytrzymują one co najmniej 5 kN/m i można ich używać do mocowania indywidualnych środków ochrony przed upadkiem z wysokości. W Austrii istnieje norma ÖNORM B 3418:2012 05 01, opisująca sposób wyliczania wytrzymałości płotków i rur przeciwśniegowych. W Norwegii należy przestrzegać regulacji opisujących, w jaki sposób zapobiegać spadaniu śniegu na osoby i mienie. W ramach Komitetu Technicznego  powstaje dokument CEN/TEC128 „Pokrycia dachowe i akcesoria”. W prace zaangażowane są między innymi Polska, Szwecja, Norwegia, Austria i Niemcy.

Uszkodzenia dachów i płotków przeciwśniegowych spowodowane przeciążeniem

W wyniku badań przeprowadzonych w związku z uszkodzeniami płotków przeciwśniegowych i ich mocowań do dachów uzyskano dobrą znajomość obciążeń śniegiem, które faktycznie wystąpiły na danym dachu. Używane płotki przeciwśniegowe mają określoną wytrzymałość. W Szwecji stwierdzono, że na dachach dwuspadowych o kącie nachylenia między 14 a 27° oraz na dachach łukowych obciążenia śniegiem były większe niż można było się spodziewać. Warunki pogodowe to duże opady śniegu, prędkość wiatru pomiędzy 5-10 m/s oraz stały kierunek wiatru podczas całego okresu opadów śniegu, w poprzek kierunku wzdłużnego budynku. Doprowadziło to do miejscowego obciążenia dachu śniegiem dochodzącego do maksymalnych wartości według Eurocode (na przykład szczytowy trójkąt dachu łukowego), mimo że ilość śniegu na gruncie wynosiła jedynie połowę wartości wyliczonej dla danej strefy śniegowej.

W niektórych przypadkach płotki przeciwśniegowe i dachy uległy więc uszkodzeniu/zniszczeniu, kiedy:

• zostały zamontowane krótkie płotki przeciwśniegowe nad wejściami i drzwiami, gdzie duża część śniegu z dachu obciążała płotek i obciążenie znacznie przekraczało jego możliwości;
• zostały zamontowane płotki przeciwśniegowe wzdłuż całego okapu, ale ilość śniegu w danym miejscu i na danym rodzaju dachu wymagała dodatkowo jednego lub więcej rzędu płotków;
• wyliczeń dokonano zgodnie z obciążeniami śniegiem na dachach łukowych obowiązujących według polskich przepisów budowlanych (współczynnik kształtu 1,1), ale gdyby wyliczono zgodnie z Eurocode 1991-1-3 i trójkątem szczytowym, to prawdopodobnie wytrzymałyby;
• nagromadzenia śniegu przy instalacjach na dachu doprowadziły do powstania ilości śniegu przekraczających wytrzymałość płotków przeciwśniegowych.