Projekt okładki i stron tytułowych
Aleksandra Regulska

Ilustracja na okładce: Shutterstock/Nagy-Bagoly Arpad

Wydawca: Karol Zawadzki

Koordynator ds. redakcji: Renata Ziółkowska

Redaktor: Monika Zabrocka-Kutera

Produkcja: Mariola Grzywacka

Dział reklamy: Agnieszka Borzęcka (agnieszka.borzecka@pwn.com.pl)

Skład wersji elektronicznej na zlecenie Wydawnictwa Naukowego PWN: Mobisfera

Recenzenci: dr hab. inż. Andrzej Dylla, prof. UTP w Bydgoszczy
dr hab. inż. Aleksander Świtoński, prof. UTP w Bydgoszczy

Książka, którą nabyłeś, jest dziełem twórcy i wydawcy. Prosimy, abyś przestrzegał praw im przysługujących. Jej zawartość możesz udostępnić nieodpłatnie osobom bliskim lub osobiście znanym. Jednak nie publikuj jej w internecie. Jeśli cytujesz jej fragmenty,nie zmieniaj ich treści i koniecznie zaznacz, czyje to dzieło. A kopiując jej część, rób to jedynie na użytek osobisty.

Szanuj cudzą własność i prawo.
Więcej na www.legalnakultura.pl
Polska Izba Książki

Copyright © by Wydawnictwo Naukowe PWN SA
Warszawa 2016

eBook został przygotowany na podstawie wydania papierowego z 2016 r., (wyd. I)

ISBN 978-83-01-18767-5

Wydawnictwo Naukowe PWN SA
02-460 Warszawa, ul. Gottlieba Daimlera 2
tel. 22 69 54 321; faks 22 69 54 288
infolinia 801 33 33 88
e-mail: pwn@pwn.com.pl
www.pwn.pl

Wykaz ważniejszych oznaczeń

Duże litery łacińskie
C | – współczynnik kształtu dachu wg PN-B [N12]
C | – współczynnik aerodynamiczny wg PN-B [N11]
Ce | – współczynnik ekspozycji wg PN-B [N11]
Ce | – współczynnik ekspozycji (do obc. śniegiem wg PN-EN) [N2]
Ct | – współczynnik termiczny (do obc. śniegiem wg PN-EN) [N2]
Cesl | – współczynnik wyjątkowego obciążenia śniegiem (do obc. śniegiem wg PN-EN) [N2]
Ed | – kombinacja obciążeń
G,S,W,Q | – oddziaływania na konstrukcje, odpowiednio: stałe, śniegiem i wiatrem, użytkowe wg Eurokodów PN-EN [N1-N6]
Py, Px | – pionowe i poziome oddziaływania na krokwie, płatwie, łaty
R | – opór cieplny
Rsi, Rse | – opór przejmowania ciepła na powierzchni wewnętrznej i zewnętrznej przegrody
RT | – opór przenikania ciepła przegrody
Sei | – stopień zużycia elementu składowego obiektu określony in situ
Sk, S | – charakterystyczne/obliczeniowe obciążenie dachu śniegiem wg PN-B [N12]
Sz; SZT | – stopień zużycia technicznego obiektu/konstrukcji
T | – przewidywany okres trwałości obiektu/konstrukcji
U | – współczynnik przenikania ciepła
Ui | – udział kosztu odtworzenia danego elementu w strukturze odtworzenia kosztu obiektu
Małe litery łacińskie
fRsi | – czynnik temperatury na powierzchni wewnętrznej [(-)]
fRsi(kr) | – krytyczny czynnik temperatury na powierzchni wewnętrznej [(-)]
k | – współczynnik przenikania ciepła (wg wycofanych PN)
n | – krotność wymiany powietrza
p | – ciśnienie pary wodnej
pk, p | – charakterystyczne/obliczeniowe obciążenie wywołane działaniem wiatru wg PN-B
qp(zi), qp(ze) | – wartości szczytowe ciśnienia prędkości wiatru wg PN-EN [N3]
qy, qx | – pionowe i poziome oddziaływania na pokrycie
sd | – dyfuzyjnie równoważna grubość warstwy powietrza
sk, s | – charakterystyczne/obliczeniowe obciążenie gruntu śniegiem wg PN-EN [N2]
t | – wiek obiektu/konstrukcji
ti | – temperatura wewnętrzna powierzchni
te | – temperatura zewnętrzna powierzchni
ts | – temperatura punktu rosy
tw | – temperatura powietrza wewnętrznego
tz | – temperatura powietrza zewnętrznego
um | – wilgotność masowa materiału wyrażająca stosunek masy wody w materiale do suchej masy tego materiału
uv | – wilgotność objętościowa materiału wyrażająca stosunek objętości wody zawartej w materiale do objętości tego materiału
w | – zawartość wilgoci w materiale
wi, we | – ciśnienie wiatru działającego na wewnętrzne i zewnętrzne powierzchnie konstrukcji
Duże litery greckie
Φ | – strumień ciepła
Małe litery greckie
α | – wielkość pochylenia połaci dachowych
β | – współczynnik działania porywów wiatru wg PN-B [N11]
γf | – współczynnik obciążenia wg PN-B [N11][N12]
δ₀ | – paroprzepuszczalność powietrza
ε | – współczynnik emisyjności lub absorpcji
λ | – współczynnik przewodzenia ciepła
μ | – współczynnik oporu dyfuzyjnego
μ₁, μ₂ | – współczynnik kształtu dachu wg PN-EN [N2]
ρs | – gęstość pozorna suchego materiału
ϕ | – wilgotność względna powietrza
ψ | – liniowy współczynnik przenikania ciepła

Przedmowa

Bez dachów nie istniałyby obiekty, które w definicjach wskazanych w ustawie z dnia 7 lipca 1994 r. – Prawo budowlane (tekst jedn.: Dz.U. z 2016 r. poz. 290) – dalej: u.p.b. [N33], zostały nazwane budynkami. Pomimo tak zaawansowanych narzędzi i technologii, jakimi obecnie dysponuje budownictwo, nowo powstające obiekty budowlane nadal obarczane są wieloma wadami. Przyczyn tych zjawisk upatruje się zazwyczaj w złym wykonawstwie, a następnie w błędnych rozwiązaniach projektowych, nader rzadko przypisując je niewłaściwej eksploatacji. Trwałość obiektów budowlanych, w tym szczególnie dachów, zawsze będzie funkcją trzech zmiennych: jakości projektu, jakości wykonawstwa oraz właściwego utrzymywania.

Projekt jest opracowaniem wyidealizowanym w stosunku do późniejszego etapu realizacji. Oznacza to, że produkt finalny w postaci budynku lub budowli może się różnić od modelu projektowego i nie muszą to być wcale różnice związane z jego wyglądem. Ponadto należy uwzględnić jeszcze czas użytkowania obiektów, w którym będą się one w różnym stopniu zużywać. Dlatego też, już na etapie wykonywania projektów, projektanci powinni dążyć do eliminacji lub ograniczania do niezbędnego minimum zakresu późniejszych, możliwych ingerencji związanych np. ze zmianą sposobu użytkowania całych obiektów lub ich części. Powinni także przewidywać i uwzględniać wszystkie możliwe oddziaływania na dachy, które mogą wystąpić w fazie ich realizacji, a następnie eksploatacji. W uzasadnionych przypadkach powinni zamieszczać stosowne uwagi (instrukcje) ograniczające te ingerencje, o ile mogłyby być spowodowane nieuzasadnionymi decyzjami człowieka. Ograniczenia te powinny dotyczyć chociażby możliwości wymiany pokryć (np. na cięższe lub podobne, gdyby ich wymiana miała zagrażać sztywności dachu lub nawet całego budynku), adaptacji poddaszy, co ściśle związane będzie z ich dociążaniem, lub też montażu na dachach urządzeń, które w założeniach nie były dla nich przewidziane. Prawidłowe zaprojektowanie elementów budynków i budowli powinno zapewnić odpowiedni poziom niezawodności, lecz z uwzględnieniem skutków zachodzących w nich procesów fizykalnych,które przez cały czas będą towarzyszyć eksploatacji obiektów, w tym szczególnie dachów.

O dachach napisano już wiele, lecz ani dotychczasowa wiedza, ani napisana przeze mnie książka czy też kolejne wydawnictwa nie wyczerpią do końca tak obszernego tematu. Klimat kuli ziemskiej ulega bowiem nieustannym zmianom i choć pojawiają się coraz lepsze materiały budowlane oraz technologie, w tym również narzędzia wspomagające projektowanie, to nadal pozostaje problem wykonania bezpiecznych i trwałych dachów. W naszym otoczeniu mamy do czynienia ze sporą liczbą starszych obiektów, w tym obiektów zabytkowych, których realizacja przypadła na okres w miarę ustabilizowanych warunków środowiska zewnętrznego. Osoby odpowiedzialne za powstawanie i utrzymywanie dachów powinny legitymować się wymaganym przygotowaniem zawodowym, wykazywać się odpowiednim poziomem wiedzy technicznej, umiejętnością posługiwania się normami i tylko w niezbędnym zakresie postępować według utartych schematów.

Dachy to złożone i skomplikowane przegrody zewnętrzne, wewnątrz których stale odbywają się procesy związane z wymianą wilgoci i ciepła. Umiejętność przewidywania i znajomość tych zjawisk pozwala na utrzymywanie pożądanego klimatu wewnętrznego budynków oraz zapewnienie ich możliwie długiej żywotności technicznej. Im bardziej skomplikowany będzie kształt dachów, tym trudniejsze będzie ich zabezpieczenie przed oddziaływaniem środowiska zewnętrznego. Najbardziej skutecznymi metodami zabezpieczeń będą tu najprostsze i powtarzalne rozwiązania, lecz zawsze należy się liczyć z koniecznością wdrażania indywidualnych i skomplikowanych rozwiązań, których jeszcze nie sprawdzono w praktyce. To nie środowisko i naturalne procesy starzenia, lecz człowiek, poprzez swoją niewiedzę i zaniedbania, zbyt często doprowadza do skracania ich żywotności technicznej lub nagłych zdarzeń.

Do napisania książki wykorzystałem swoje własne, wieloletnie obserwacje, badania oraz wnioski będące konsekwencją opracowania wielu ekspertyz oraz projektów, jak również sporządzoną przez siebie dokumentację fotograficzną.

Obecnie przy wykonywaniu wszelkiego rodzaju opracowań projektowo-eksperckich bardzo pomocne, a nawet niezbędne, jest odpowiednie oprogramowanie komputerowe. Jest to nieodłączny element wyposażenia warsztatu pracownika naukowego, inżyniera oraz studenta. Niemniej jednak programy powinny być tylko narzędziem wspomagającym pracę, natomiast nie mogą stać się jej podstawą. Zadaniem tych programów jest jedynie upraszczanie i przyspieszanie obliczeń oraz tworzenie odpowiedniej grafiki.

Do udokumentowania pewnych zjawisk oraz wypracowania stosownych wniosków przy opracowywaniu kilku rozdziałów książki posłużyłem się równieżoprogramowaniem komputerowym, w większości dosyć zaawansowanym, analizującym szczegółowo procesy zachodzące we wnętrzu przegród w odniesieniu do warunków rzeczywistych otoczenia, a mianowicie:

Physibel Trisco v 13.0w & Pysibel Glasta v 5w,

WUFI 2D v 3.4 Fraunhofer-Institut für Bauphysik Holzkirchen,

Rama R3D3 Intersoft,

Norma Standard Athenasoft – program kosztorysujący,

algorytmy własne z wykorzystaniem narzędzia matematycznego Mathcad Prime™3.1.

Wykorzystałem także wyniki badań termowizyjnych.

Wszystkie przykłady – zamieszczone w książce – zostały zaczerpnięte z rzeczywistych zdarzeń i realizacji, stąd też mogą być pomocną wiedzą dla pracowników naukowych, studentów, inżynierów oraz zarządców obiektów, jako materiał potwierdzający skuteczność lub nietrafność wdrożonych w praktyce rozwiązań.

Celowo nie zamieściłem w książce terminów i nazw związanych z projektowaniem oraz wykonawstwem dachów, ponieważ znajdują się one w materiałach technicznych producentów pokryć dachowych, jak również bardzo obszernie opisano je w monografii, będącej bardzo praktycznym podejściem do tematyki dachów i pokryć dachowych, dra hab. eur. inż. Z. Błaszczyńskiego, prof. nadzw. Politechniki Poznańskiej „Dachy. Podstawy projektowania i wykonawstwa”. Publikacja ta zawiera również obszerne fragmenty na temat projektowania i szczegółowego wykonawstwa konstrukcji oraz pokryć dachowych.

Nie było moim zamiarem wyczerpanie tematyki związanej z projektowaniem, realizacją oraz utrzymywaniem dachów w należytym stanie technicznym, ponieważ jest to zagadnienie zbyt obszerne jak na jedną lub nawet kilka monografii. Moim celem było przypomnienie i praktyczne przybliżenie ogólnej wiedzy o dachach oraz zwrócenie uwagi na problemy fizykalne stale przebiegające we wnętrzu zewnętrznych przegród budowlanych, po to aby w przyszłości można było uniknąć wielu mankamentów ważących na bezpieczeństwie i trwałości dachów oraz całych budynków.

Dariusz Bajno

1
Rodzaje i budowa dachów oraz stropodachów

Dach jest zewnętrzną przegrodą budowlaną, zamykającą obiekty budowlane od góry, mającą na celu ich ochronę przed środowiskiem zewnętrznym oraz środowiskiem stworzonym przez człowieka (rys. 1.1). Składa się z części nośnej oraz pokrycia.

Stropodachem natomiast będzie odpowiednio docieplony strop zamykający budynek od góry, znajdujący się nad jego ostatnią pełnowartościową kondygnacją, pełniący jednocześnie funkcję dachu (najczęściej płaskiego), pod którym nie występuje już typowe, wydzielone poddasze. Stropodachy, podobnie jak dachy, posiadają konstrukcję nośną oraz pokrycie, lecz charakteryzują się inną budową.

Pokryciem dachowym jest zewnętrzna, ochronna warstwa dachu lub stropodachu wykonana z materiałów odpornych na oddziaływania klimatyczne i przenikanie opadów atmosferycznych, zdolna przekazać obciążenia statyczne oraz dynamiczne na konstrukcję nośną. Powinna być ona odporna na uszkodzenia mechaniczne, skoki temperatur, promienie UV oraz korozję biologiczną. Pokrycia dachowe powinny charakteryzować się również odpornością na okresową zmianę ich wymiarów, doskonałą przyczepnością do podłoży oraz możliwością przeprowadzenia łatwych napraw, uzupełnień i wymian.

Obecnie w budownictwie stosuje się pokrycia naturalne, podobnie jak w przeszłości, oraz pokrycia wytwarzane sztucznie. Ogólnie wśród wcześniej i obecnie stosowanych pokryć można wyróżnić: pokrycia drewniane (gonty, dranice), strzechy, pokrycia pochodzenia skalnego (łupki), dachy organiczne (tzw. zielone), ceramiczne, cementowe, włókno-cementowe, papowe, wykonane z tworzyw sztucznych, blaszane (stalowe powlekane, cynkowe, aluminiowe, tytanowo-cynkowe, ołowiane, miedziane) oraz szklane.

Rys. 1.1. Różnorodność kształtów, pokryć oraz technologii wykonania dachów skupionych na niewielkiej powierzchni zabudowy miejskiej

Rys. 1.2. Przykłady powszechnie występujących konstrukcji oraz pokryć dachowych: a) przekrój modelowy budynku, b) przekrój dachu w poziomie okapu, c) przekrój stropodachu dwudzielnego

Na przełomie XVIII i XIX wieku pojawiły się nowe materiały izolujące, takie jak papy smołowe i asfaltowe, które w zmodyfikowanej już postaci są stosowane do dnia dzisiejszego. Natomiast wcześniej na dużą skalę stosowano już m.in. pokrycia strzechowe, drewniane (gonty), dachówkowe, pokrycia łupkowe. W pierwszej połowie XX wieku w szybkim tempie rozpowszechniły się materiały pokryciowe wykonywane na bazie cementu i azbestu. W Polsce były one również powszechnie stosowane i to praktycznie do końca lat 90. ubiegłego wieku, tj. do czasu, kiedy zakazano stosowania azbestu, jako materiału stanowiącego zagrożenie dla otoczenia. Istniejące pokrycia dachów (także elewacji budynków), wykonane z materiałów zawierających szkodliwy azbest, mogą nadal chronić nasze dachy oraz elewacje jeszcze do 2032 roku [2][N31].

Pokrycia dachowe muszą charakteryzować się przede wszystkim szczelnością i trwałością, a to powinny im zapewnić właściwości materiałów, z których zostały wykonane, oraz rodzaj podłoża, dostosowanego do warunków eksploatacji dachu i rodzaju materiału pokryciowego.

Najczęściej stosowanymi w praktyce rodzajami podłoży są:

podkłady cementowe lub betonowe,

podkłady drewniane (deskowania, łaty),

blachy fałdowe,

twarde materiały termoizolacyjne (styropian, wełna mineralna, płyty DIVODAMM PRO/TOP, płyty Multipor itp.),

stare pokrycia papowe (w wyjątkowych przypadkach, podczas remontów).

Konstrukcję dachową będą tworzyć elementy nośne dachów, które bezpiecznie przeniosą obciążenia od ich ciężarów własnych, obciążeń środowiskowych oraz eksploatacyjnych na konstrukcje znajdujące się poniżej. Konstrukcją dachu może być drewniana lub stalowa więźba dachowa, mogą to być również elementy kratowe, pełne profile stalowe wykonane z walcowanych lub spawanych kształtowników, a także monolityczne lub prefabrykowane konstrukcje żelbetowe.

Jak już wspomniano wcześniej, dachy (stropodachy) powinny charakteryzować się odpornością na czynniki atmosferyczne w takim stopniu, który zapewni właściwą ochronę pozostałych części obiektów budowlanych przed:

przenikaniem opadów atmosferycznych,

przenikaniem wiatru,

utratą energii cieplnej (o kierunku strat zależnym od pory roku),

promieniowaniem słonecznym,

hałasem,

zwierzętami (ptactwo, gryzonie, owady itp.),

oraz powinny bezpiecznie przenosić obciążenia (por. rozdz. 6) pochodzące m.in. od:

zalegającej pokrywy śnieżnej, o ciężarze zależnym od czasu jej zalegania,

wody tworzącej baseny powstałe wskutek niedrożności instalacji odprowadzającej wody opadowe lub topniejący śnieg,

parcia, ssania oraz porywów wiatru,

urządzeń montowanych do konstrukcji dachowej,

utwierdzania kominów i innych konstrukcji w elementach konstrukcyjnych dachów, mających na celu ograniczenie ich smukłości,

uderzeń mechanicznych, będących aktami wandalizmu lub zdarzeń losowych.

Rys. 1.3. Przykłady obciążania dachów: a) ciężarem własnym oraz pokrywą śnieżną, b) strumieniem wody opadowej

Zarówno konstrukcje, jak i pokrycia dachowe powinny być każdorazowo projektowane, również wówczas, kiedy przewiduje się tylko ich wzmocnienia lub naprawy. Są to zasadnicze elementy obiektów budowlanych, od których zależy ich trwałość, jak również zapewnienie im wymaganych warunków użytkowych. Powinny one być tak zaprojektowane i wykonane, aby miały odpowiednią nośność oraz sztywność, w tym odporność na deformacje mogące pogorszyć ich parametry użytkowe, a tym samym szczelność. Nie należy tu zapominać o tym, że niektóre elementy dachów mogą stanowić usztywnienie połaciowe dla nich samych lub też niższych kondygnacji (np. spodnie blachy nośne lub blachy pokryciowe), stąd też każdy remont, wzmocnienie, wymiana pokrycia lub konstrukcji powinny uwzględniać ten bardzo istotny element ważący na bezpieczeństwie konstrukcji dachu lub też całego obiektu. Obciążenie dachów różnicą temperatur oraz wilgocią (w tym również kondensującą się w ich wnętrzu) może stanowić zagrożenie korozją biologiczną materiałów budujących te przegrody. Aspekty te powinny być szczególnie brane pod uwagę na etapie projektowania i wykonywania dachów oraz stropodachów. Od skutków tych oddziaływań, zauważalnych niekiedy dopiero po kilku miesiącach, a nawet latach, zależy trwałość całych obiektów i poszczególnych ich przegród, a także komfort użytkowania chronionych kondygnacji lub pomieszczeń. Dużej wiedzy i rozwagi wymaga zapobieganie powstawaniu mostków termicznych poprzez prawidłowe zaprojektowanie przegród, dokładne wykonawstwo oraz właściwą eksploatację. Budowa każdej przegrody zewnętrznej obiektu budowlanego powinna uwzględniać procesy fizykalne, mogące zachodzić w jej wnętrzu, i być tak zaprojektowana, aby do minimum ograniczyć straty ciepła i jednocześnie uniemożliwić narastające w czasie gromadzenie się wilgoci w ich wnętrzu. Oznacza to, że każda przegroda (w tym dachy oraz stropodachy) powinna charakteryzować się zdolnością pozbywania się nadmiaru wilgoci z ich wnętrza w okresach poza sezonami ogrzewczymi. Budowa dachu oraz stropodachu powinna zapewniać użytkownikom budynków ochronę przed hałasem, ogniem i biologicznymi szkodnikami materiałów budowlanych oraz gryzoniami.

Na rys. 1.4 pokazano kształty dachów powszechnie występujących w Europie obecnie i w ubiegłych wiekach, natomiast na rys. 1.5 – wybrane rozwiązania konstrukcyjne dla dachów rozporowych[1].

Rys. 1.4. Przykłady kształtów dachów: a) mansardowy, b) półszczytowy, c) namiotowy, d) dwuspadowy, e) kopertowy, f) uskokowy, g) jednospadowy (pulpitowy), h) naczółkowy, i) szedowy (fabryczny)

[1] W rozdziale 3, w znacznie szerszym zakresie, przytoczono przykłady konstrukcji dachów spadzistych (rys. 3.24–3.34), natomiast w rozdziale 7 podano przykłady kształtowania stropodachów płaskich (rys. 7.2–7.18).