Błędy projektowania i wykonawstwa lekkich ścian osłonowych aluminiowo-szklanych

Przeprowadzone obserwacje ścian osłonowych aluminiowo-szklanych w ostatnim dziesięcioleciu, wykonane ekspertyzy ścian w budynkach eksploatowanych oraz analiza dokumentacji ścian zamontowanych według zagranicznych i krajowych systemów, których przydatność techniczna została potwierdzona aprobatami technicznymi wydanymi przez Instytut Techniki Budowlanej, były podstawą do określenia najczęściej występujących błędów, które powstały w procesie realizacji. Dotyczy to zarówno etapu projektowania, wykonawstwa jak i montażu na placu budowy.

Często powtarzającym się mankamentem, przy realizacji obiektów z lekkimi ścianami osłonowymi, jest wykonywanie tych ścian bez dokumentacji projektowej lub na podstawie dokumentacji uproszczonej, bądź tylko katalogu systemu. Prowadzi to do powstania błędów w zakresie wykonania szczegółów i detali ścian osłonowych, a niekiedy do błędnego wymiarowania profili aluminiowych.

Brak pełnej dokumentacji technicznej jest również przyczyną błędów na etapie wykonawstwa i montażu, zwłaszcza w przypadku mało doświadczonych brygad montażowych.

Zwrócić należy uwagę, że projektowania konstrukcji aluminiowych ścian osłonowych nie ma w swym programie nauczania żadna uczelnia w Polsce, a wiedza inżynierów budowlanych o specyfice tych konstrukcji bywa niewystarczająca.

Omówione w niniejszym referacie podstawowe błędy projektowania i wykonawstwa dotyczą przede wszystkim lekkich ścian osłonowych słupowo-ryglowych, tzw. tradycyjnych. Najnowsze rozwiązania takie jak: ściany elementowe, dwupowłokowe, ściany z oszkleniem strukturalnym oraz mocowanym mechanicznie, wykonywane na szerszą skalę dopiero w ostatnich latach, nie dostarczyły jeszcze przykładów błędnego ich wykonania. Problemy z zakresu jakości projektów i wykonawstwa są jednak podobne.

Zagadnienia konstrukcyjno-budowlane

Uwagi ogólne

Błędy realizacji aluminiowych ścian osłonowych rzutują na ich zachowanie się w czasie eksploatacji budynków i na komfort użytkownika.

Zależą one od przyjętej koncepcji ściany, poprawności projektu, z uwzględnieniem wszystkich szczegółów i detali, oraz od samego wykonawstwa na placu budowy. Projekt ściany osłonowej powinien odpowiadać określonym wymaganiom, a zastosowane materiały - wymaganiom norm obowiązujących w Polsce.

Podstawowe błędy projektowe to przede wszystkim:

• zbyt mała sztywność profili aluminiowych tworzących konstrukcję słupowo-ryglową,
• niedostateczna izolacyjność cieplna profili aluminiowych z przekładkami termicznymi,
• niewłaściwe zaprojektowanie części podokienno-nadprożowej ściany (wadliwy układ warstw, nieodpowiednie materiały),
• błędne rozwiązania szczegółów i detali ściany,
• przyjęcie oszkleń części przezroczystej o parametrach termicznych i akustycznych niezgodnych z wymaganiami.

Podstawowe błędy wykonawcze spowodowane są:

• brakiem pełnej dokumentacji technicznej, w tym szczegółowej instrukcji montażu,
• użyciem niewłaściwych materiałów i narzędzi,
• brakiem nadzoru nad montażem,
• nieprawidłowym przygotowaniem obiektu do montażu (m.in. odchyłki wymiarowe konstrukcji wsporczej),
• wykonywaniem montażu przez nieprzeszkolony personel.

Dokładność i wykonanie stanu surowego budynku i tolerancje wymiarowe powinny być dostosowane do tolerancji wykonania elementów lekkich ścian osłonowych.
Bardzo często montaż ścian prowadzony jest w przypadkach, kiedy występują nadmierne odchyłki wymiarowe stanu surowego.
Konsekwencja takich nieprawidłowości nie są jednak przedmiotem niniejszego referatu.

Konstrukcja słupowo-ryglowa ściany osłonowej

Projektowanie konstrukcji słupowo-ryglowej ścian na podstawie systemowych katalogów nie zawsze uwzględnia krajowe wymagania w zakresie sztywności profili tworzących układ słupowo-ryglowy ściany. Uwaga ta dotyczy przede wszystkim projektów przygotowywanych przez zagraniczne biura inżynierskie dla obiektów wznoszonych w Polsce. W projektach tych przyjmuje się niekiedy dopuszczalną (L/300 między punktami mocowania poszczególnych profili konstrukcji ściany).

W szeregu projektach zdarzają się przypadki przyjmowania zaniżonych obciążeń wiatrem, w wyniku niuwzględniania obciążeń krawędziowych (współczynnik C_z) oraz przyjmowania zaniżonej wartości współczynnika β od dynamicznego działania wiatru (1,8 zamiast 2,2). Ma to wpływ na prawidłowość wymiarowania profili konstrukcji słupowo-ryglowej.

Również istotnym zagadnieniem jest sposób mocowania konstrukcji słupkowo-ryglowej do konstrukcji budynku. Większość katalogów systemów ścian osłonowych przewiduje zamocowanie słupów przy użyciu odpowiednich konsoli, zapewniających możliwość regulacji położenia słupów w dwóch płaszczyznach. Brak takiej możliwości utrudnia właściwy montaż ścian.

Zdarzają się przypadki zaprojektowania ścian osłonowych wypełniających (wbudowanych między stropy) typu witryna, w których odwrócono funkcje spełniane przez słupy i rygle. Np. skrajne słupy i rygle dużego elementu zamocowane są do konstrukcji budynku, a słupy środkowe połączone są tylko z ryglami.

Takie rozwiązanie powoduje:

• powstawanie nadmiernych naprężeń ściskających w słupach od obciążenia ciężarem własnym całej ściany,
• powstawanie naprężeń w układzie słupowo-ryglowym wskutek zmian długości pod wpływem zmiennych temperatur,
• powstawanie naprężeń w oszkleniu, które mogą doprowadzić do jego pękania i jest sprzeczne z ogólnymi zasadami pracy elementów składowych ścian osłonowych, które są następujące:
• słupy powinny przenosić ciężar ściany osłonowej, tj. konstrukcji aluminiowej i wypełnień, mieć zamocowanie przegubowe z możliwością kompensacji zmian długości wywołanych obciążeniami termicznymi i statycznymi,
• rygle ustalają odległość pomiędzy słupami, przenoszą ciężar oszklenia lub wypełnień nieprzezroczystych i przekazują je na słupy.

Istotnym mankamentem występującym w projektowaniu i następnie w wykonawstwie zamocowania konstrukcji słupowo-ryglowej jest stosowanie stalowych elementów złącznych (konsoli) i łączników, bez zabezpieczeń przed korozją elektrochemiczną.

Niektóre systemy ścian osłonowych w ogóle nie przewidują stosowania elementów złącznych i łączników mocujących innych niż ze stali nierdzewnej.

Często spotykanym błędem jest projektowanie konstrukcji słupowo-ryglowej z profili aluminiowych z przekładkami termicznymi o małych wysokościach, w przedziale 8÷10 mm, co nawet bez wykonywania komputerowych obliczeń izolacyjności cieplnej ściany pozwala stwierdzić, że w naszym klimacie profile takie są niewystarczające, a temperatura na wewnętrznej powierzchni - w określonych warunkach (temperatura, prężność pary wodnej) - może być niższa od temperatury punktu rosy. Występują także przypadki projektowania ścian osłonowych bez dylatacji pionowych i poziomych.

Część nieprzezroczysta ściany (pas podokienno-nadprożowy)

W rozwiązaniach pasa podokienno-nadprożowego ścian słupowo-ryglowych o tradycyjnym sposobie montowania wypełnienia izolacyjnego występuje wiele nieprawidłowości, zarówno w zakresie projektowania, jak i wykonawstwa.

Sprowadzają się one przede wszystkim do przyjęcia niewłaściwego układu warstw i zastosowania nieodpowiednich materiałów.

Częstymi przypadkami są takie rozwiązania, w których nie przewidziano szczeliny powietrznej między zewnętrzną okładziną a warstwą izolacji z wełny mineralnej. Rozwiązanie takie, przy jednoczesnym braku paroizolacji od strony pomieszczenia, powoduje kondensację pary wodnej (przenikającej przez przegrody) w warstwie izolacyjnej i na wewnętrznej powierzchni szkła elewacyjnego i nie pozwala na wysychanie wełny mineralnej (rys. 1).

Rys. 1. Rozwiązanie części nieprzezroczystej ściany bez zastosowania paroizolacji

Ponadto, dość nagminnie stwierdza się brak otworów wentylacyjnych i odwadniających szczelinę powitrzną lub nieprawidłowe rozmieszczenie tych otworów, nie gwarantujące wyprowadzenia wody na zewnątrz. Nie rzadkie są przypadki zastosowania wełny mineralnej o niedotatecznej gęstości, nieodpowiednio zamocowanej i nie w pełni wypełniającej przestrzeń w przegrodzie, co może doprowadzić do jej osiadania, a w konsekwencji do pogorszenia izolacyjności termicznej.

Rys. 2. Rozwiązanie części nieprzezroczystej ściany z zastosowaniem kasety metalowej z wełną mineralną

Unika się wspomnianych mankamentów przez stosowanie elementów prefabrykowanych w postaci:

• kasety z blachy ocynkowanej, wypełnionej wełną mineralną (rys. 2) mocowaną wewnątrz przegrody,
• kasety z blachy ocynkowanej z zewnętrzną okładziną szklaną wypełnioną wełną mineralną (rys. 3).

Rys. 3. Rozwiązanie części nieprzezroczystej ściany
z zastosowaniem kasety z blachy ocynkowanej
z zewnętrzną okładziną szklaną

Pierwsze z tych rozwiązań jest niekorzystne ze względów termicznych (mostki termiczne), drugie natomiast wymaga dokładnego uszczelnienia połączenia szkła z blachą, a także zastosowania przekładek krawędziowych z materiałów niepalnych, a jednocześnie o odpowiedniej wytrzymałości. Zdarzają się bowiem przypadki zastosowania materiałów nie spełniających wymagań bezpieczeństwa pożarowego, przy jednocześnie korzystnych właściwościach termicznych lub odwrotnie.

Okna w ścianach osłonowych

Dość powszechnie notuje się projektowanie ścian osłonowych z oknami otwieranymi, charakteryzującymi się współczynnikiem infiltracji powietrza a L 0,3 m³/(m*h*daPa^2/3) w pomieszczeniach nie wyposażonych w urządzenia do nawiewu powietrza, uniemożliwiając wymianę zużytego powietrza, zgodnie z potrzebami wentylacji.

Rozwiązania takie są niezgodne z wymaganiami określonymi w rozporządzeniu [1] Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji, zmieniającym rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie.

Do pomieszczeń takich powinno się stosować okna charakteryzujące się współczynnikiem infiltracji w przedziale a = 0,5÷1,0 m³/(m*h*daPa^2/3). Spełnienie tego wymagania jest możliwe przez wyposażenie okien szczelnych w odpowiednie nawiewniki powietrza, bądź przez okna np. z wykonanymi szczelinami infiltracyjnymi w uszczelkach przylgowych.

Istotnym zagadnieniem jest prawidłowe osadzenie szyb zespolonych w oknach zarówno stałych jak i otwieranych. Zdarzają się bowiem przypadki wadliwego, niezgodnego z wytycznymi wykonywania przeszkleń z szyb zespolonych, rozmieszczenia podkładek podpierających i dystansowych (Instrukcja ITP Nr 183 [2]). Prowadzi to do pogorszenia funkcjonalności skrzydeł okiennych, a w niektórych przypadkach nawet do pękania szyb.

Zdarzają się również przypadki zastosowania szyb zespolonych o izolacyjności termicznej niezgodnej z wymaganiami aprobaty technicznej, np. szyb 4/12/4 mm, z przestrzenią międzyszybową, wypełnioną powietrzem, o współczynniku przenikania ciepła U_o > 3,0W/(m²*K).

Stosowane są niekiedy w ścianach osłonowych okna o wymiarach większych niż przewidują to aprobaty techniczne. Szczególnie dotyczy to szerokości skrzydeł okiennych, które nie mogą być określone na podstawie diagramów doboru dopuszczalnych wielkości skrzydeł okiennych bez weryfikacji na drodze badawczej. Stosowanie szerszych skrzydeł od przewidzianych bez weryfikacji na drodze badawczej. Stosowanie szerszych skrzydeł od przewidzianych w aprobatach technicznych prowadzi do pogorszenia trwałości ich cech funkcjonalnych.

Na jakość ściany osłonowej, jej szczelność na przenikanie wody opadowej i infiltrację powietrza, duży wpływ ma jakość wykonania następujących detali w oknach:

• otworów drenażowych i wentylacyjnych w odpowiedniej ilości i o wymiarach zgodnych z dokumentacją systemu oraz aprobatą techniczną,
• połączeń profili ram ościeżnic i skrzydeł w narożach i ich uszczelnienie.

Szczegóły i detale ścian osłonowych

Rys. 4. Miejsca najczęściej występujących wad uszczelnienia zewnętrznego spowodowanych nieciągłością uszczelek

Oprócz wymienionych błędów i usterek projektowania i wykonawstwa, występuje szereg drobnych na pozór błędów i niedokładności powstających w fazie wykonywania poszczególnych elementów ściany i ich montażu na placu budowy.

Rys. 5. Szczegół połączenia ściany osłonowej ze ścianą monolityczną z prawidłowym uszczelnieniem styku ze ścianą, lecz bez wypełnienia pustej przestrzeni wełną mineralną

Rys. 6. Przykład narożnika ściany osłonowej o niewystarczającej izolacji cieplnej

strona: 1 | 2 |