Nie tylko na Śląsku

Katastrofa budowlana na terenie Międzynarodowych Targów Katowickich w styczniu 2006 r. nie była jedyną, do której doszło podczas tamtej zimy w Europie. W jaki sposób można zapobiegać takim zdarzeniom?

Obfite opady śniegu, brak procedur związanych z jego usuwaniem lub systemów umożliwiających pozbycie się zalegającej masy śnieżnej w wielu przypadkach weryfikują rzetelność obliczeń konstrukcyjnych, a także jakość wykonania konstrukcji nośnej budynku. W przypadku katastrofy budowlanej hali MTK w wyniku wieloletniego procesu sądowego architektowi udowodniono dokonanie zmian w projekcie konstrukcji stalowej bez wymaganych uprawnień. Ta ingerencja spowodowała dalsze osłabienie obiektu, którego wady konstrukcyjne znane były już w 2002 r. Przedstawione sądowi ekspertyzy wskazywały szereg przyczyn katastrofy - suma wszystkich błędów i zaniechań doprowadziła do tragedii.

Biegli wśród pośrednich przyczyn zdarzenia wymienili: niedostateczną wytrzymałość i stateczność konstrukcji przeciążonej ponadnormatywnym obciążeniem śniegiem i lodem, natomiast za bezpośrednie przyczyny uznano:

• przeciążenie dźwigarów głównych i płatwi,
• nieoptymalny układ konstrukcyjny całego budynku,
• niedoszacowanie obciążenia śniegiem dachu hali w obliczeniach statycznych projektu wykonawczego,
• wadliwą konstrukcję stalowych podpór ramowych podatnych na rozerwanie oraz oparcia stalowego dachu na pasach dźwigarów nośnych.

Na to nałożyły się konsekwencje błędów wykonawczych, polegających na niestarannym wykonaniu spoin i niektórych połączeń śrubowych, przez co hala nie spełniała wymagań norm odbioru konstrukcji stalowych. Do tego model obliczeniowy konstrukcji był nieadekwatny w stosunku do faktycznie wprowadzonych rozwiązań, a przez to założono zbyt małą nośność elementów konstrukcji względem realnych obciążeń dachu śniegiem i lodem - w efekcie hala nie spełniała znacznej części norm projektowych.

Niecałe dwa tygodnie po katastrofie w Katowicach zawaliło się w Polsce także kilka innych hal. W Jaworznie ewakuowano osoby przebywające w supermarkecie, gdyż odkryto pęknięcia w stropie budynku. Dach fermy indyków zawalił się pod Iławą, mimo że, jak zadeklarował właściciel gospodarstwa, był odśnieżany. Wcześniej zawaliły się hale w Nidzicy, Zabrzu i Zgierzu.

Masywne opady śniegu wystawiły na próbę fachowość projektantów, konstruktorów oraz wykonawców również w innych krajach europejskich. Jak się okazało, nie wszyscy zdali ten egzamin. Zbyt optymistycznie potraktowano nośność i stabilność obiektów o płaskich dachach m.in. w Niemczech, Austrii i Czechach.

Bad Reichenhall (Niemcy), 2 stycznia 2006 r.

W poniedziałek, dzień po Nowym Roku, w bawarskiej miejscowości Bad Reichenhall w Niemczech, w pobliżu granicy z Austrią, pod ciężarem obfitych opadów śniegu zawalił się dach lodowiska.

Co ciekawe, nie była to konstrukcja nowa, ponieważ zadaszenie lodowiska powstało w 1970 r. i z związku z tym przetrwało niejedną górską zimę. W gruzowisku uwięzionych zostało 50 osób, z których 15 zginęło (wśród nich ośmioro dzieci), a 32 osoby zostały ranne. Ostatnią ofiarę odnaleziono trzy dni po zdarzeniu. Akcję ratunkową wstrzymano dzień po katastrofie z obawy o bezpieczeństwo ratowników, ze względu na możliwość zawalenia się pozostałej części obiektu, wznowiona jednak została we wczesnych godzinach rannych następnego dnia.

Okoliczności katastrofy wywołały oburzenie mieszkańców, ponieważ okazało się, że urzędnicy zabronili przeprowadzenia treningu hokeja na lodzie w hali sportowej ze względu na możliwość katastrofy budowlanej. Całkowite wyłączenie lodowiska z użytkowania miało nastąpić w poniedziałek 2 stycznia, jeżeli dalej trwałyby opady śniegu. Jednak opierając się na danych meteorologicznych, uznano, że warunki pogodowe związane z opadami śniegu nie odbiegają od normy dla miasta, które leży w południowych Niemczech. Późniejsze badania nie wykazały nadmiernego obciążenia konstrukcji śniegiem, natomiast eksperci z Uniwersytetu Technicznego w Monachium w swoim artykule [1] wymienili inne przyczyny katastrofy:

• stosowanie kleju mocznikowo-formaldehydowego w warunkach podwyższonej wilgotności,
• błędy w obliczeniach statycznych,
• brak wymaganego sprawdzenia obliczeń przez rzeczoznawcę,
• odstępstwo od aprobaty technicznej dla tego typu konstrukcji,
• zbyt lekką konstrukcję i brak jej konserwacji.

Konstrukcja nie była zwykłą strukturą z drewna klejonego warstwowo, ale wykonaną na specjalnych dźwigarach skrzynkowych (Kämpf web-board - płyta podobna do strukturalnego drewna konstrukcyjnego klejonego krzyżowo X-lam, inaczej CLT). W przypadku lodowiska w Bad Reichenhall wystąpiło zjawisko postępującego zawalenia, tj. awaria pojedynczego wspornika głównego doprowadziła do reakcji łańcuchowej załamania całego dachu hali, a bezpośrednią przyczyną była zbyt sztywna konstrukcja dźwigara poprzecznego. Oto wnioski, które przedstawili autorzy analizy:

• W przypadku konstrukcji o dużej rozpiętości nie należy stosować klejów mocznikowo-formaldehydowych.
• Częściowo otwarte lodowiska z nieizolowanymi dachami są narażone na stałe i duże zmiany wilgotności. Zamknięte konstrukcje i umiarkowane ogrzewanie lub klimatyzacja dają dużo lepsze warunki wentylacji. Należy stosować dodatkowe okładziny, aby zwiększyć ochronę przez wilgocią.
• Drewniane dźwigary skrzynkowe ulegają niekontrolowanym ubytkom, dlatego należy ich unikać przy tego typu obiektach.
• Obliczenia dla obiektów o dużej rozpiętości powinny być weryfikowane przez innego inżyniera (zasada czworga oczu).
• Regularne przeglądy i konserwacja konstrukcji o dużej rozpiętości powinny być obowiązkowe (nie tylko dla konstrukcji drewnianych).
• Zakres aprobat technicznych nie może zostać rozszerzony bez dalszych badań.
• Kontrola jakości wszystkich rodzajów konstrukcji o dużej rozpiętości jest niezbędna od momentu tworzenia planów architektonicznych, przez cały proces budowy, aż do określenia częstotliwości i zakresu konserwacji lub remontów.

Tögingnad Inn (Niemcy), 7 lutego 2006 r.

W Töging w Górnej Bawarii runął dach supermarketu Netto. Szczęśliwie nikt nie został ranny, a to dzięki spostrzegawczemu 19-letniemu kasjerowi praktykantowi, który ostrzegł ludzi o niebezpieczeństwie. Stażysta usłyszał niepokojące dźwięki i zaalarmował dwanaście osób znajdujących się w obiekcie (siedmiu klientów i pięciu pracowników) - wszyscy zdążyli przemieścić się w bezpieczne miejsce przy ścianach budynku, zanim dach się zawalił. Nikt nie odniósł większych obrażeń także dzięki temu, że regały sklepowe podtrzymały uszkodzony dach, jednak pojawił się problem - część połaci dachu zablokowała wejścia ewakuacyjne.

Wyjaśniając przyczynę zdarzenia, stwierdzono, że na dachu supermarketu o lekkiej konstrukcji zalegała 33-centymetrowa warstwa śniegu, co mogło do prowadzić do jej załamania. Konieczne było sprawdzenie czterech supermarketów tej sieci w kraju o podobnej budowie dachu.

Zgodnie z federalnym prawem w Niemczech budynki o konstrukcji w tamtejszej nomenklaturze określane jako „średnio ciężkie” nie podlegają urzędowym kontrolom - to budowniczowie lub właściciele obiektów odpowiadają za nadzór nad bezpieczeństwem konstrukcji. Obejmuje to również odpowiednią konserwację oraz dbałość o usuwanie nadmiaru śniegu z dachów, szczególnie w przypadku większych hal.

Czechy i Austria

3 stycznia 2006 r. w Ostrawie zawalił się dach supermarketu Lidl. Na szczęście do wypadku doszło tuż przez zamknięciem sklepu i ranna została tylko jedna osoba. Przyczyną katastrofy był nie tylko zalegający śnieg, ale też wadliwa konstrukcja dachu.

Tego samego dnia niezwykle duże opady śniegu spowodowały zawalenie się dachu małej fabryki w czeskich Morawach. Na szczęście żaden z pracowników nie ucierpiał.

W analizowanym okresie opady śniegu w Austrii spowodowały zagrożenie katastrofą budowlaną szkoły w miejscowości Kopfrig. Dach hali przemysłowej zawalił się też w Salzburgu w zachodniej Austrii [2].

Monitorowanie obciążenia śniegiem…

Rozwiązań w tym zakresie jest kilka: od przymocowanych na dachu śniegowskazów (słupków z zaznaczoną wartością krytyczną, z których odczytuje się grubość pokrywy śnieżnej), przez obliczanie obciążenia na podstawie grubości warstwy śniegu i jego przyjętego ciężaru objętościowego względem nośności konstrukcji, do zastosowania wskaźników ugięć mocowanych do konstrukcji stalowej od spodu. Odczyty wartości można również prowadzić przez system kamer przemysłowych.

Fot. System ochrony przed śniegiem i lodem zainstalowany na dachu hali widowiskowej Arena Gliwice

…i sposoby jego usuwania

Klasycznym rozwiązaniem jest ręczne usuwanie śniegu z dachu za pomocą łopat (miękkich, plastikowych, a nie drewnianych) i zrzucanie go na ziemię. Rekomenduje się przy tym pozostawienie około 5 cm warstwy śniegu i lodu na powierzchni dachu. Jej można się pozbyć środkiem chemicznym do roztapiania lodu i śniegu, najlepiej ekologicznym antylodem. Ci, którzy tego nie zrobią, mocno zdziwią się, kiedy zobaczą kosztorys remontu pokrycia dachowego na wiosnę.

Środek odladzający w formie granulatu służy do usuwania lodu i ubitego śniegu z dachów i tarasów, a także do usuwania zamarzniętej wody w rynnach. Środki odladzające są skuteczne w temp. do -30°C przez okres do trzech dni, jeśli nie pojawią się nowe opady. W odróżnieniu od soli drogowej nie powodują uszkodzeń marmuru, betonu, cegły czy tworzyw sztucznych ani korozji metali. Problemem stanowią hałdy śniegu, które należy usunąć, co jest kosztowne, jednak pozostawione samym sobie, kiedy temperatura wzrośnie, wywołają podtopienia.

Można to również zrobić inaczej - zaprzęgając do pracy dostępne technologie. Jedną z nich jest ułożenie mat grzejnych, zwanych topnikami, na najbardziej odpornych na obciążenia połaciach dachu. Śniegu nie zrzucamy wówczas na dół z całej powierzchni, gromadzimy go tylko w tych miejscach, z których da się go usunąć bez narażenia na upadek z wysokości. Warto rozważyć takie rozwiązanie już na etapie projektu lub modernizacji budynku.

Jeśli decydujemy się na takie rozwiązanie, konieczny jest montaż rynien o większym przekroju. Należy zapewnić również odpowiednie zasilanie mat grzewczych i uwzględnić ich zapotrzebowanie na ok. 200 kVA mocy znamionowej. Jeżeli wartość ta nie została przewidziana w projekcie instalacji elektrycznej budynku, można zastosować generatory prądotwórcze lub wykorzystać istniejące zasilanie ze stacji transformatorowych. Instalacja taka jednorazowo zwiększa koszty wykonania systemu grzewczego, ale pozwala na uniknięcie żmudnego usuwania i wywożenia białego puchu w ilościach hurtowych. Można ją również stosować na całej powierzchni płaskiego dachu.

Przy zastosowaniu automatyki (sterownik z czujnikami temperatury i wilgotności) można całkowicie wyeliminować konieczność ingerencji człowieka, ponieważ system taki uruchamia się już na etapie początkowym i zapobiega gromadzeniu się pierwszych warstw lodu [3].

Podsumowanie i wnioski

Do zalet dachów płaskich lub stropodachów należy m.in. zdecydowanie większa odporność nawet na najsilniejsze wiatry, a to zagrożenie występuje ostatnimi czasy znacznie częściej niż obfite opady śniegu. Ich termoizolacyjność, ze względu na mniejszą powierzchnię niż dachów spadzistych, również jest lepsza. Z tego samego powodu są również tańsze w wykonaniu, a różnica w cenie sięgać może nawet do 20%.

Można je wykorzystać jako dodatkową przestrzeń otwartą i zagospodarować np. jako zielone miejsce odpoczynku dla pracowników i klientów (przykładem może być tężnia na dachu warszawskiej Galerii Północnej). Taki ogród na dachu zapewnia również ochronę przed hałasem, redukując jego przenikanie nawet o 50 dB. Odpowiednio dobrane rośliny mogą również wchłonąć nadmiar wody opadowej (nawet do 60%). Zielony dach wykazuje niemalże całkowitą niepalność.

Warto zauważyć, że na płaskich dachach można zainstalować zdecydowanie większą liczbę paneli fotowoltaicznych, co może wpłynąć na obniżenie kosztów eksploatacji budynku.

W tej beczce miodu znajduje się jednakże łyżka dziegciu. Przedstawione przykłady katastrof budowalnych z 2006 r. pokazują, że zbyt lekkie konstrukcje i błędy projektowe czy niedbałe wykonawstwo mogą doprowadzić do tragedii, ponieważ w przypadku śniegu konstrukcje te wybaczają mniej niż dachy skośne. Jak widać i naszym zachodnim sąsiadom zdarzają się niestarannie wykonane konstrukcje (choć bawarska „niestaranność” w przypadku konstrukcji drewnianej wytrzymała lat prawie 40, ale już konstrukcja stalowa zawaliła się po 5 latach, czyli resurs miała krótszy o połowę od hali MTK). Nikt oczywiście z tego powodu nie zrezygnuje ze stawiania hal o płaskich dachach, natomiast obfite opady śniegu powinny stanowić dla służb ratowniczych sygnał do rozpoczęcia wzmożonej akcji informacyjnej, bo na zdrowy rozsądek wszystkich bez wyjątku właścicieli lub użytkowników takich budynków raczej nie ma co liczyć.

mł. bryg. dr inż. Norbert Tuśnio jest kierownikiem Pracowni Treningu Wspomagającego Dowodzenie w Katedrze Działań Ratowniczych SGSP, w latach 2014-2018 pełnił funkcję kierownika projektu „Innowacyjne rozwiązania metod stabilizowania konstrukcji budowlanych i technologicznych w warunkach działań ratowniczych podczas likwidacji skutków katastrofy budowlanej”

Przypisy

• [1] S. Winter, H. Kreuzinger, The Bad Reichenhall ice-arena collapse and the necessary consequences for wide span timber structures.10th World Conference on Timber Engineering, Miyazaki (Japonia) 2008.
• [2] S. Kajfasz, Katastrofy budowlane za granicą 2005-2007. Uczmy się na błędach, „Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne” 2007 (IX-X).
• [3] W. Ryżyński, Sposoby monitorowania obciążenia śniegiem i sposoby jego usuwania z dachów płaskich, „Dachy Płaskie” 2011, nr 1 (10).