AWARIE I KATASTROFY DACHÓW POD CIĘŻAREM ŚNIEGU W POLSCE.pdf

Dr hab. inŜ. Jerzy Antoni śURAŃSKI

Instytut Techniki Budowlanej, Warszawa

AWARIE I KATASTROFY DACHÓW POD CI Ęś AREM Ś NIEGU

W POLSCE

FAILURES OF ROOFS UNDER SNOW LOADS IN POLAND

Streszczenie W referacie przedstawiono awarie i katastrofy dachów w Polsce w czasie ostatnich czterdziestu lat,

od zimy 1969/70 do zimy 2005/06. W przewaŜającej większości katastrofy były skutkiem błędów

konstrukcyjnych, popełnionych głównie w czasie budowy lub spowodowanych brakami materiałowymi (w

latach sześćdziesiątych i siedemdziesiątych). Budowle dobrze zaprojektowane i wykonane wytrzymywały

obciąŜenie śniegiem przekraczające niekiedy ponad dwukrotnie wartość obliczeniową. MoŜna sądzić, Ŝe było

tak dzięki wykorzystaniu wszystkich moŜliwych rezerw nośności. Pomiary obciąŜenia śniegiem wykonane po

katastrofie hali MTK w Chorzowie dostarczyły niezwykle waŜnych wyników. Dodatnia temperatura górnej

warstwy gruntu, utrzymująca się przez pewien czas pod pokrywą śnieŜną, powoduje jej topnienie od dołu i

wsiąkanie wody w grunt. W rezultacie zmierzone wartości obciąŜenia śniegiem gruntu mogą być mniejsze niŜ

obciąŜenie dachu. Przedstawiono propozycje uwzględnienia tego zjawiska w normach obciąŜenia śniegiem.

Abstract The paper deals with the snow damages to roofs in Poland during last forty years, since the winter

1969/70 to the winter 2005/06. In the majority of cases failures of roofs under snow loads resulted from human

errors or from the lack of appropriate structural materials (in 1960s and 1970s). Well designed and constructed

roofs were able to bear snow load even higher than twice the design values. It was probably thank to the overall

bearing capacity of structures. Snow measurements made after the disaster of the exhibition hall in Chorzów

gave very important results. Positive temperature of the upper layers of the ground under snow cover leads to the

melting of snow and winter maximum snow load on the ground is lower than resulting from sum of

precipitation. Well insulated flat roof will be then loaded much more than it would be predicted. Proposals for

standards of snow loads have been presented.

1. Wst ę p

Bezpieczeństwo konstrukcji budowlanych jest weryfikowane w czasie wieloletniego

ich uŜytkowania. Awarie i katastrofy są wynikiem błędów popełnionych w procesie

powstawania lub uŜytkowania budowli albo w wyniku naturalnej degradacji konstrukcji po

wieloletnim okresie uŜytkowania albo wreszcie w wyniku sytuacji nadzwyczajnych, w tym

meteorologicznych. Do takich sytuacji nadzwyczajnych moŜna zaliczyć niezwykle obfite

opady śniegu, w wyniku których powstaje wyjątkowo duŜe obciąŜenie dachów śniegiem.

Wartości obciąŜeń, zwłaszcza oddziaływań klimatycznych, przyjmowanych w

obliczeniach projektowych konstrukcji budowlanych, były początkowo ustalane na podstawie

prostych pomiarów i obserwacji, metodą prób i błędów. JeŜeli były to wartości pozytywnie

sprawdzone przez wiele lat stosowania, a zatem uznawane za bezpieczne, to podawano je

najpierw w róŜnych wytycznych i przepisach, a następnie w normach.

357

W miarę rozwoju metod oceny bezpieczeństwa konstrukcji podlegały one

probabilistycznej identyfikacji i ewentualnej korekcie, zgodnie z bieŜącymi poglądami na

bezpieczeństwo i niezawodność konstrukcji. Zdarzało się wszakŜe, a było tak po II wojnie

światowej w Polsce, Ŝe w imię rzeczywistych bądź iluzorycznych oszczędności, a takŜe z

powodów politycznych, zmniejszano wartości obciąŜeń. Dotyczy to przede wszystkim

obciąŜenia śniegiem. W latach 1946 – 1964 w strefie I, obejmującej wówczas większość

terytorium kraju, zmniejszono obciąŜenie śniegiem dachów z 0,8 kN/m 2 do 0,5 kN/m 2 [4].

Dokładna ocena obciąŜenia śniegiem dachów byłaby moŜliwa przede wszystkim na

drodze wielu pomiarów w warunkach naturalnych, zarówno na dachach jak i w ich

sąsiedztwie na gruncie, obciąŜenie śniegiem gruntu jest bowiem wielkością odniesienia. Takie

badania, trudne metodycznie i kosztowne, są rzadko podejmowane. Pierwszą okazją

weryfikacji przyjmowanych obciąŜeń są więc najczęściej awarie i katastrofy dachów pod

cięŜarem śniegu. Analiza awarii i katastrof ujawnia wszystkie ich przyczyny, przede

wszystkim błędy projektowe i wykonawcze, ale takŜe moŜe wykazać błędy oszacowania

przyjętych wartości obciąŜenia.

W ostatnim półwieczu wystąpiły w Polsce dwie bardzo śnieŜne zimy, 1969/70 oraz

1978/78. Objęły one tylko pewne, aczkolwiek znaczne obszary kraju i spowodowały liczne

awarie i katastrofy dachów. W niektórych regionach obfite opady śniegu wystąpiły w

pierwszej połowie lat sześćdziesiątych, lecz nie były on tak intensywne jak podczas dwóch

wymienionych zim, a ich skutki były znacznie mniej powaŜne. Obfite opady śniegu wystąpiły

takŜe w Polsce zimą 2005/06 na stosunkowo wąskim terytorium, od Olsztyna do Katowic i

dalej na południe. Wartości obciąŜenia śniegiem gruntu nie były wyjątkowo duŜe jednak

skutki tych opadów śniegu okazały się niezwykle powaŜne.

W referacie przedstawiono wyniki analiz awarii i katastrof dachów pod cięŜarem

śniegu w latach siedemdziesiątych XX w. oraz w czasie zimy 2005/2006.

2. Awarie i katastrofy w latach siedemdziesi ą tych XX wieku

Po bardzo śnieŜnych zimach 1969/70 oraz 1978/78 w COBPBP "Bistyp podjęto

dwukrotnie próby określenia liczby i przyczyn katastrof, które wówczas wystąpiły [9, 10].

Wykorzystano kilka źródeł informacji: wyniki ankiety rozesłanej do biur projektów,

uczelni technicznych i instytutów, informacje i ekspertyzy uzyskane w ówczesnego

Ministerstwa Administracji, Gospodarki Terenowej i Ochrony Środowiska oraz opracowania

ITB. Budynki w Polsce nie były ubezpieczane na wypadek szkód wyrządzanych przez śnieg,

nie było więc Ŝadnych informacji na ten temat w PZU.

Zbiory danych nie były liczne, prawdopodobnie wiele przypadków zostało

pominiętych. Na 100 ankiet otrzymano 49 odpowiedzi, z których tylko 12 zawierało

konkretne informacje. Przeanalizowano 24 przypadki awarii z zimy 1969/70. Nieco więcej

informacji uzyskano na temat katastrof zimą 1978/79, bo dotyczyły one 42 obiektów.

Podstawowe wyniki analizy zestawiono w tablicach 1 i 2 [11].

Tablica 1. Katastrofy dachów pod cięŜarem śniegu według rodzaju konstrukcji

Konstrukcja dachu

Udział procentowy

Zima 1969/70 Zima 1978/79

Stalowa

Drewniana

śelbetowa

358

Jak moŜna było oczekiwać większość katastrof dotyczyło lekkich konstrukcji

stalowych, a najmniej Ŝelbetowych.

Najwięcej katastrof, bo 54% zimą 1969/70 i aŜ 83% zimą 1978/79, wystąpiło w

przypadku budynków nowych lub w trakcie budowy, nie liczących więcej niŜ 5 lat (tabl. 2).

Jest to ściśle związane z podstawowym wnioskiem wynikającym z analizy zebranych

materiałów, Ŝe główną przyczyną katastrof były błędy ludzkie: ok. 70% zimą 1969/70 i ponad

90% zimą 1978/79. Błędy te powstały częściowo w czasie projektowania lub adaptacji

projektów lecz najczęściej w czasie budowy. Ma to związek z dwiema przyczynami: brakiem

właściwych materiałów i jakością wykonania.

Tablica 2.Katastrofy dachów pod cięŜarem śniegu w zaleŜności od wieku budynku

Wiek budynku, w latach

Udział pr ocentowy

Zima 1969/70 Zima 1978/79

Do 5 (w tym budynki w czasie budowy)

Od 6 do 15

PowyŜej 15

W warunkach gospodarki nakazowo-rozdzielczej trudno było uzyskać niezbędne

materiały, stosowano to co było dostępne.

Większość katastrof zdarzyło się w budownictwie rolniczym (stodoły, budynki

inwentarskie), wydaje się zatem, ze miała na to wpływ takŜe gorsza jakość wykonania w

budownictwie rolniczym niŜ np. przemysłowym.

NiezaleŜnie od tych przyczyn waŜna jest informacja w jakim stopniu rzeczywiste

obciąŜenie śniegiem w czasie dwóch analizowanych zim przekraczało wartości normowe.

Zimą 1969/70 większość katastrof wystąpiło w woj. olsztyńskim (ok. 42%),

warszawskim (ok. 17%) i łódzkim oraz bydgoskim (po 8%), a pozostałe na zachód od nich

(takŜe pojedyncze w białostockim i katowickim). W okresie 1.03.1952 do 31.12.1965 na

całym wymienionym obszarze obowiązywała jedna wartość 0,6 kN/m 2 .

Od 1.01.1966 r. zaczęła obowiązywać norma, która podzieliła ten obszar na dwie

części: w województwie olsztyńskim i w północno-wschodniej części województwa

warszawskiego obowiązywała wartość s = 0,7 kN/m 2 , na pozostałym obszarze 0,5 kN/m 2 .

Były to wartości obciąŜenia dachu. W dawnych normach podawano, Ŝe jest to obciąŜenie „na

poziomie gruntu”, a współczynnik kształtu płaskiego dachu był równy 1,0.

Na rys. 1 przedstawiono przykładowy przebieg maksymalnych rocznych (zimowych)

wartości obciąŜenia śniegiem gruntu w w Siedlcach. Zaznaczono wartości normowe: linie

czerwone oznaczają obciąŜenie dachu płaskiego (

25 0 ), linia niebieska (górna) wartości

obciąŜenia śniegiem gruntu po 1980 roku.

Zgodnie z obecnie przyjmowaną wartością współczynnika kształtu dachu

= 0,8

obciąŜenie śniegiem gruntu do 31.12.1965 wynosiło na tym obszarze 0,75 kN/m 2 , a po

31.12.1965 r., w strefie I. 0,625 kN/m 2 i w strefie II 0,875 kN/m 2 .

Zimą 1978/70 katastrofy wystąpiły na podobnym obszarze, z przesunięciem

maksymalnej ich liczby na teren na południe od Łodzi, (głównie woj. piotrkowskie) - 27%

przypadków oraz na teren woj. koszalińskiego i szczecińskiego - 24%. W woj. bydgoskim i

gdańskim stwierdzono ok. 15% a w woj. ciechanowskim i ostrołęckim 10% ogólnej liczby

przypadków.

W tablicy 3 zestawiono maksymalne wartości cięŜaru pokrywy śnieŜnej S max ze stacji

meteorologicznych leŜących na obszarach o największej liczbie katastrof. Ponadto obliczono

stosunki S max do wartości normowych obowiązujących w czasie projektowania konstrukcji,

które uległy katastrofom. Przyjęto przy tym na podstawie danych tablicy 2, Ŝe większość

dachów zniszczonych zimą 1969/70 zaprojektowano w czasie, gdy obowiązywała norma z

359

1952 roku, tzn. do 31.12.1965 roku, natomiast zimą 1978/79 uległy katastrofie dachy

zaprojektowane zgodnie z normą 1964 roku, obowiązującą od 1.01.1966 r. PoniewaŜ w obu

tych normach nie było pojęcia obciąŜenia śniegiem gruntu to do jego obliczenia podane w

normach wartości podzielono przez m = 0,8.

3.0

2.5

2.0

SIEDLCE

1.5

1.0

0.5

0.0

1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005

Zima

Rys. 1. Przebieg maksymalnych wartości rocznych (zimowych) obciąŜenia śniegiem gruntu na stacji

meteorologicznej w Siedlcach.

Porównując rozkład terytorialny katastrof podczas obu zim moŜna zaobserwować jego

zgodność z obszarami największych opadów wg tablicy 3. Zimą 1969/70 był to obszar od

Olsztyna i Siedlec przez Mławę i Płock do Łodzi, natomiast zimą 1978/79 ponownie

intensywne opady i katastrofy wystąpiły w rejonie Siedlec i Łodzi a ponadto na Pomorzu

Zachodnim. Z tablicy 3 wynika, ze najwięcej awarii wystąpiło na terenach, na których

stosunek S max /S PN wynosił ok. 2,5 (Olsztyn, Mikołajki, Mława, Łódź 1969/70 oraz Szczecin,

Resko, Szczecinek, Piła/Wałcz, Łódź 1978/79).

Rozkład katastrof na poszczególne miesiące był następujący:

Zimą 1969/70 w listopadzie i grudniu po 4%, w styczniu 17%, w lutym 25% i w

marcu 50% wszystkich wypadków. Zima ta miała charakter kontynentalny, obciąŜenie gruntu

stopniowo rosło, a największą wartość osiągnęło na przełomie lutego i marca. Największe

obciąŜenie dachu występuje zwykle później niŜ największe obciąŜenie gruntu.

Zimą 1978/79 zaobserwowano katastrofy w trzech cyklach: od końca grudnia do 16

styczna 41% wypadków, od 28 styczna do 2 lutego - 31%, a od 10 do 21 lutego - 26%

wypadków (pozostałe 2% w innych terminach).

Jak wykazały pomiary cięŜaru pokrywy śnieŜnej na terenie ITB w śródmieściu

Warszawy [9] w dniu 17.01.1979 cięŜar pokrywy śnieŜnej wynosił 0,53 kN/m 2 . W dniach od

28 stycznia do 2 lutego nastąpił przyrost obciąŜenia od 0,7 kN/m 2 do 1,18 kN/m 2 , a wartości

maksymalne wystąpiły w dniach 12-17.02.1979 - średnio 1,31 kN/m 2 .

JeŜeli narastanie pokrywy śnieŜnej w innych regionach Polski następowało podobnie

to wynika stąd wniosek, Ŝe ok. 40% katastrof zimą 1978/79 nastąpiło wówczas, gdy

obciąŜenie śniegiem gruntu było niŜsze od normowego, a ok. 70% katastrof nastąpiło przed

wystąpieniem maksymalnego cięŜaru pokrywy śnieŜnej na gruncie. Te wyniki potwierdzają

poprzednie spostrzeŜenia (tabl.2), ze wiek zniszczonych obiektów w 87% nie przekraczał 5

lat, a przyczyną katastrof w ponad 90% były błędy ludzkie. Zniszczone konstrukcje powstały

po 1969/70 i zostały w 70% wyeliminowane przez najbliŜszą śnieŜną zimę zanim obciąŜenie

gruntu osiągnęło wartość maksymalną. Pozostałe 30% uległo katastrofie kilkanaście dni

później.

360

Tablica 3. Wartości maksymalne obciąŜenia śniegiem gruntu na obszarach, na których wystąpiły katastrofy

dachów. Podano stacje, na których wartość obciąŜenia śniegiem gruntu była przynajmniej raz dwukrotnie

przekroczona

Stacja

meteorologiczna

Zima 1969/70

Zima 1978/79

S max, kN/m 2

max

S max, kN/m 2

max

Biała Podlaska

Siedlce

Warszawa-Bielany

Mława

Mikołajki

Olsztyn

Kętrzyn

Kościerzyna

Chojnice

Lębork

Szczecinek

Piła/Wałcz

Resko

Szczecin

Torun

Łódź

Strzelna k/Łodzi

Koło

Kalisz

2,58

2,25

1,34

1,54

2,22

1,70

1,92

1,34

1,70

0,90

0,93

1,20

0,96

0,74

1,78

1,72

2,28

1,40

1,25

3,44

3,00

1,79

2,05

2,96

2,27

2,56

1,79

2,27

1,20

1,24

1,60

1,28

0,99

2,37

2,29

3,04

1,87

1,65

1,15

2,66

1,28

1,65

1,69

1,37

2,73

1,38

1,45

1,33

1,68

1,52

1,64

1,50

1,17

1,82

1,72

1,27

1,31

3,04

2,05

1,89

1,35

1,57

3,12

2,21

2,32

2,13

2,69

2,43

2,62

2,42

1,87

2,91

2,75

2,21

3. Katastrofy podczas zimy 2005/2006

Obfite opady śniegu, które wystąpiły w Polsce zimą 2005/06 objęły stosunkowo

wąskie pasmo terytorium, od Olsztyna poprzez Łódź do Katowic i dalej na południe, o

największej intensywności na Śląsku. Największe obciąŜenie śniegiem gruntu zmierzono na

stacji meteorologicznej Katowice Muchowiec w dniu 19 lutego 2006 r., wynosiło ono 1,0

kN/m 2 . ChociaŜ o 43 % przewyŜszała ona wartość charakterystyczną według [8] nie była to

jednak wartość skrajnie duŜa. Od roku 1950 w Katowicach czterokrotnie zmierzono wartości

większe: w czasie zim 1951/52, 1962/63, 1978/79 i 1986/87, największą, 1,26 kN/m 2 ,

zmierzono zimą 1962/63. Skutki tamtych zim nie były jednak tak powaŜne jak zimy 2005/06.

Pierwsza katastrofa w województwie Śląskim nastąpiła juŜ 1 stycznia, ostatnia 21 lutego 2006

roku, łącznie zarejestrowano ich 45 (wg danych Wojewódzkiego Urzędu Nadzoru

Budowlanego w Katowicach). W większości były to dachy na budynkach od dawna

nieuŜywanych, w złym stanie technicznym, niekiedy o konstrukcji osłabionej przez zbieraczy

złomu. Największa i tragiczna w skutkach okazała się katastrofa hali MTK w Chorzowie. Jej

przyczyny zostały szczegółowo przedstawione [1, 6]. Jak w wielu innych przypadkach były to

błędy konstrukcyjne, a obciąŜenie śniegiem i lodem wykazało te błędy. Była to niezwykle

tragiczna w skutkach katastrofa, wykonane natychmiast po niej pomiary obciąŜenia śniegiem

obiektu hali jak i w jej sąsiedztwie dostarczyły niezwykle waŜnych wyników. Pomiary te

wykazały, Ŝe obciąŜenie dachu moŜe być znacznie większe niŜ zmierzone w tym czasie

obciąŜenie śniegiem gruntu.

361

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: