Termika

Odkształcenia termiczne blach dachowych

Każdy metal pod wpływem zmiany temperatury zmienia swoje wymiary. Zjawisko to – znane jako rozszerzalność cieplna – jest szczególnie istotne w przypadku blach dachowych eksponowanych bezpośrednio na słońce i mróz. Różnica temperatury między zimą a rozgrzaną latem powierzchnią blachy może w Polsce przekroczyć 80–90 K, co generuje widoczne przemieszczenia materiału.

Współczynnik rozszerzalności cieplnej podstawowych materiałów

Każdy materiał ma swój charakterystyczny współczynnik rozszerzalności liniowej oznaczany symbolem α (alfa), podawany w K⁻¹:

• Stal ocynkowana i stalowa blacha powlekana: α ≈ 12×10⁻⁶ K⁻¹
• Aluminium: α ≈ 23×10⁻⁶ K⁻¹
• Miedź: α ≈ 17×10⁻⁶ K⁻¹
• Cynk (tytan-cynk): α ≈ 22×10⁻⁶ K⁻¹

Wynika z tego, że aluminium odkształca się prawie dwukrotnie bardziej niż stal przy tej samej zmianie temperatury. Ma to bezpośrednie znaczenie przy projektowaniu odległości między dylatacjami i wyborze systemu mocowania.

Jak liczyć odkształcenie termiczne

Zmiana długości arkusza blachy ΔL wyraża się wzorem:

ΔL = α × L₀ × ΔT

gdzie: L₀ – pierwotna długość arkusza [m], ΔT – zmiana temperatury [K].

Dla stalowej blachy trapezowej o długości 20 m i różnicy temperatury 80 K:

ΔL = 12×10⁻⁶ × 20 × 80 = 0,0192 m = 19,2 mm

Dla aluminium tej samej długości i przy tym samym ΔT zmiana wynosi około 36,8 mm. Takie przesunięcia muszą być swobodnie pochłaniane przez system mocowania lub kompensowane przez szwy dylatacyjne.

Polska specyfika klimatyczna

Polska leży w strefie klimatu umiarkowanego przejściowego. Parametry istotne dla projektantów dachów metalowych:

• Minimalna temperatura obliczeniowa powietrza wg PN-EN 1991-1-5 dla obszaru Polski wynosi od −20°C (strefy centralne) do −24°C (obszary podgórskie)
• Temperatura nagrzanej w słońcu ciemnej blachy może przekraczać +70°C w warunkach letnich
• Dobowe wahania temperatury blachy latem dochodzą do 40–50 K
• Roczna amplituda temperatury blachy może przekraczać 90 K

Skutki nieprawidłowej kompensacji

Gdy odkształcenia termiczne nie są prawidłowo uwzględnione w projekcie lub montażu, mogą wystąpić:

• Deformacje falowania blachy – wybrzuszenia i wgniecenia na powierzchni pokrycia
• Rozerwanie lub rozszczelnienie uszczelnień w miejscach styku arkuszy
• Pęknięcie uszczelek EPDM pod wkrętami wskutek nadmiernego nacisku
• Wyrywanie wkrętów przy powtarzalnych cyklach naprężeń
• Korozja w miejscach uszkodzonej powłoki ochronnej blachy

Metody kompensacji odkształceń

Szwy dylatacyjne

Podstawowa metoda – opisana szczegółowo w artykule Szwy dylatacyjne w pokryciach metalowych. Polegają na wykonaniu przerwy w pokryciu z elastycznym lub przesuwnym uszczelnieniem.

Owalne otwory montażowe

Przy blachach trapezowych większość wkrętów mocowana jest przez podłużne szczeliny, a nie okrągłe otwory. Umożliwia to swobodny przesuw blachy wzdłuż osi podłużnej bez luzu prostopadłego – co chroni przed falowaniem i jednocześnie zachowuje szczelność uszczelki pod łbem wkrętu.

Dobór materiału

W obiektach, gdzie odkształcenia termiczne są szczególnie uciążliwe (magazyny bez izolacji, wiaty, pergole), dobór materiału o niższym współczynniku α – np. stalowej blachy powlekanej zamiast aluminiowej – może ograniczyć wymagany zakres kompensacji.

Pomiar i monitoring

W obiektach przemysłowych o dużych rozpiętościach dachów stosuje się niekiedy tensometry i czujniki przemieszczeń montowane w strefach dylatacyjnych. Dane z takich pomiarów pozwalają na weryfikację zachowania się pokrycia w warunkach rzeczywistych i wykrycie anomalii przed pojawieniem się widocznych uszkodzeń.

Źródła i odniesienia

• Polski Komitet Normalizacyjny (PKN) – PN-EN 1991-1-5 (oddziaływania termiczne)
• Instytut Techniki Budowlanej (ITB)
• Steel Construction Institute – dane materiałowe stali