Magastetők tartószekezetei

Mérnök jellegű fedélszerkezetek

Osztroluczky Miklós

Szeglemezes fedélszékek

Általános tudnivalók

A Föld faállománya – annak ellenére, hogy természetes, önmagát reprodukáló anyag – vészesen fogy, az emberiség sokkal többet használ fel belőle, mint amennyit büntetlenül megtehetne. Ennek a folyamatnak az egyenes következménye, hogy az építőfa egyre drágább termék lesz.

Ez volt az egyik oka annak, hogy amerikai mérnökök 1952-ben szabadalmaztatták az első szeglemez kötésű tetőszerkezetet, ami rövid idő alatt a legelterjedtebb mérnöki faszerkezetté vált. Ma Észak-Amerikában a tetőszerkezetek túlnyomó része szeglemezes rendszerű, de Nyugat Európában is – országonként eltérő mértekben – meghatározó piacot vívott ki magának.

Magyarországon a Gang Nail tető – amely a szeglemezes rendszer bevezetésében úttörő szerepet játszó amerikai cég nevére utal – a faanyagban szűk hetvenes-nyolcvanas esztendőkben nagy előszeretettel alkalmazott rendszer volt, elsősorban mezőgazdasági és kisebb üzemi épületek esetében. Mivel azonban – elsősorban a gyártáshoz szükséges jelentős beruházási költségek miatt – a rendszer nem terjedt el igazán széles körben, a szeglemezes tetőszerkezetek alkalmazása lassan kihalt. Az elmúlt 20 évben azonban a későbbiekben felsorolt előnyök miatt a tervezők, építtetők és kivitelezők újra felfedezték, alkalmazása rohamosan terjed.

A szeglemez kötésű tetőszerkezet üzemben előre gyártott rácsos tartószerkezet, amelynek csomópontjaiban a fa rácsrudakat, illetve a tartó alsó és felső övét acél szeglemezek kapcsolják össze (13. ábra).

13. ábra. Szeglemezek

Szeglemezes fedélszékek

Általános tudnivalók

A tetőszerkezetek faanyaga általában palló keresztmetszeti méretű 50 mm vastag lucfenyő fűrészáru. A rácsrudak általában 80–100 mm, az övrudak 120–150 mm, esetleg 200 mm széles anyagból készülnek.

A szeglemezeket nagyteljesítményű, 50 tonnás nyomóerejű hidraulikus préssel nyomják be a kapcsolódó fa elemek mindkét oldalán, biztosítva az acél karmok roncsolástól mentes behatolását a fába (14. ábra). A karmok geometriája megakadályozza azok kihúzódását a fából, így tartós, jól méretezhető kapcsolat alakul ki.

14. ábra. Szeglemezek préselése

A síkbeli tartókból felépíthető tetők fesztávolságának méretállománya 6–25 m közötti, de újabban a tartók fesztávolsága a 30 m-t vagy még ennél nagyobb méreteket is meghaladja. A rácsos tartók 0,9–1,5 m távolságra helyezkednek el egymástól az épületen.

15. ábra. Az elkészült rácsos tartók

Az előre gyártott elemeket az épületre általában daruval emelik be (16. ábra), de kisebb méretű és súlyú elemeknél a kézi beemelés is lehetséges. Az egyes tartóelemeket a fogadószerkezethez megfelelő fém kapcsolóelemekkel kell rögzíteni. Ilyen fémelemek is többféle méretben és formában, különböző teherbírási értékekkel kaphatók. A felépített tető térbeli merevítése rendkívül fontos, mivel hagyományos tetőktől eltérően itt síkbeli elemek elhelyezéséről van szó.

16. ábra. Rácsos tartó beemelése

Szeglemezes fedélszékek

Jellemző tartókialakítások

17. ábra. Néhány jellemző szeglemezes rácsostartó

Szeglemezes fedélszékek

Jellemzők

A szeglemez kötésű tetőszerkezetek jellemzői:

A szeglemez kötésű tetőszerkezetek mérnöki szerkezetek, melyek alapja a szeglemezes tervezés. A tetőszerkezet gyártmánytervében minden egyes tartóra és csomópontra külön statikai számítás készül, ami lehetővé teszi a szerkezetek optimális méretezését. A szeglemezeket erre specializálódott gyártók készítik, az erre a célra kifejlesztett speciális acéllemezből.

A szeglemezes rácsos tartókban úgynevezett karcsú keresztmetszetű faanyagokat alkalmazunk, így akár 30–40 % faanyagot is megtakaríthatunk a hagyományos ácsszerkezetekkel szemben.

Mivel az elemek szeglemezes toldása megengedett, a kereskedelemben általánosan kapható 4–6 m-es faanyag alkalmazásával bármilyen méretű tartó kialakítható.

Szeglemez kötésű tetőszerkezettel hagyományos ácsszerkezetnél lényegesen nagyobb, alátámasztást nem igénylő szabad fesztávot lehet elérni, ami látványos építészeti megoldásokat tesz lehetővé a költségek növekedése nélkül. A 10–15 m-es szabad fesztáv általános, de akár 32 m-es fesztáv is gazdaságosan megvalósítható.

A rácsos tartóknak köszönhetően nem kell szilárd (beton) födémet építeni, ezáltal nem kell közbenső teherhordó falakat sem építeni. Ez az építészek számára kötetlen belső téralakítást engedélyez, míg az építtető számára a vasbeton födém készítésének elmaradása jelentős költségmegtakarítást eredményez. Ilyen esetben a tetőszerkezet alsó síkjára hőszigetelt álmennyezet kerül, így az épület hőtechnikai szempontból elvileg előnyössé válik, de a csekély fajlagos tömeg épületfizikai szempontból hátrányos (pl. a szolár hőnyereség hasznosíthatósága csökken).

A kivitelezés előre tervezhetővé, ezáltal jóval gyorsabbá válik, hiszen az építési tervdokumentáció, valamint a tető statikai tervek alapján előre legyártott, és a helyszínre szállított átlagos méretű családi ház tetőszerkezete akár két nap alatt is felállítható.

Sokféle tető dőlésszögre lehet szeglemezes tetőt készíteni, de nagyon alacsony dőlésszögnél kell a szilárd födém is.

A rácstartók alsóövi terhelése legfeljebb 50 kg/m².

Szeglemezes fedélszékek

Alkalmazás kis és közepes fesztávolságú épületeknél

18. ábra. Családi házak lefedése szeglemezes fedélszerkezetekkel

Családi házaknál, könnyűszerkezetes épületeknél alkalmas lehet az alacsony hajlásszögű tető, mely szeglemezes kötésű rácsos tartókból épül fel. A szilárd födém elhagyható, a zárófödém a rácsrudak alsó övére szerelt álmennyezet. A padlástér ugyan korlátozottan használható, de a megoldás nagyon költségkímélő.

Statikai szempontból fontos kérdés, hogy a közbenső falak teherviselés céljából figyelembe vehetőek- e vagy sem. Tégla vagy ahhoz hasonló falszerkezetek esetén általában a külső falak a teherhordók, így a legnagyobb fesztávok a 14–15 m-t is elérhetik. Általánosságban elmondható, hogy a rácsostartók esetén belső alátámasztások nem szükségesek. Természetesen a tartóba bekerülő fa és acélmennyiség a fesztávval arányosan csökken. A rácsostartók a falakra csak a szélteherből adódó vízszintes terheket adják le.

A tetőszerkezetek hajlásszöge 10–45° között javasolt a szeglemezes tetőszerkezeteknél. 10 foknál kisebb szerkezet esetén az övek olyan közel kerülnek egymáshoz, hogy a belső rácsrudak kialakítására nem marad hely. 45°-nál nagyobb szög esetén a tartók magassága jelenthet problémát a szállításnál. Két részből még viszonylag könnyen összeépíthetők a helyszínen a tartók, három részből azonban ez már sokkal nehézkesebb. Az eresz kialakítása lehet dobozolt vagy csüngő ereszes egyaránt.

Szeglemezes fedélszékek

Alkalmazás nagy fesztávolságú épületeknél

19. ábra. Nagy fesztávolságú épület lefedése szeglemezes fedélszerkezettel

Áruházaknál, tárolóépületeknél, mezőgazdasági épületeknél az igény a nagy fesztávolságú, 15–30 méter közötti tartomány felé tolódott el. A fesztáv növekedésével az alkalmazott faanyagok, illetve szeglemezek méretei is növekednek. A tartószerkezetek tervezésénél – a terhelési adatokon kívül – figyelembe kell venni a szállíthatóságot, az építés helyszínén végzendő szerelési munkákat, a szerkezet beemelését, valamint a tűzrendészeti szempontokat.

A szokásos fa keresztmetszeti méretek – 5 × 10; 5 × 15 cm – mellett gyakori a 6 és 7,5 cm-es vastagság, a 20–28 cm-es magasság. A tartóformák változatosak, a háromszög alakú tartóktól a párhuzamos övű tartókon át az íves tartókig mindenféle hajlásszögű és rácsozatú tartó előfordul. Szállíthatóság szempontjából átléphető az átlagos 2,8 m magassági és 12–15 m hosszúsági korlát; ugyanis speciális szállítójárművekkel 5 m magasságú, 20 m hosszúságú anyagok is szállíthatók.

A nagy fesztávolságú tartók esetén fokozott jelentőségű a tetőszerkezet gondos tervezése. A terveknek nemcsak az egyes tartók gyártmányterveit, hanem a tetőszerkezet merevítési rendszerét is tartalmaznia kell (az 5–7,5 cm vastagságú tartók elérhetik az 5–6 m-es magasságot is). Ugyancsak fontos a szerkezeti kapcsolatok megtervezése (20. ábra). A tartók oldalirányú merevsége gyakorlatilag nulla, ezért az övek síkjában szélráccsal merevített mezőket kell létrehozni. 15–20 m-es fesztávok felett – egyéni adottságoktól függően – a tartók alsó övének síkját is merevíteni kell, illetve a szélrács mezőket acélszalagokból lévő andráskeresztekkel kell összekötni.

20. ábra. Szeglemezes szerkezeti kapcsolat

Nagyméretű tartók esetén problémát okozhat a tartók beemelése, függőbe rakása és lekötése. Ezen folyamatokra technológiai leírást és terveket kell készíteni. Építés közben a tartókat ideiglenes merevítésekkel kell ellátni. Ezek módja a tető geometriai és szerkezeti adottságaitól függ.

Rétegelt-ragasztott fa fedélszerkezetek

Általános tudnivalók

100 évvel ezelőtt egy ácsmester és vállalkozó, a weimari Otto Hetzer megkapta a szabadalmat találmányára, a több lamellából összeragasztott fa építőelemre. A lamellákat nyomás alatt illesztette elválaszthatatlanul egymáshoz. Hetzer technológiáját a 20. század második felében fejlesztették tovább a mai rétegelt ragasztott tartóvá.

A rétegelt ragasztott fagerenda (RRFA) egymással párhuzamos rostirányú elemekből (úgynevezett lamellákból) összeragasztott, legalább 3 rétegű teherhordó faszerkezet (21. ábra).

21. ábra. Ragasztott fagerendák

A rétegelt-ragasztott fatartó lényegében olyan fagerenda, amelynél a szelvény- és hosszméretek jelentősen eltérhetnek a megszokottól, s amely nemcsak egyenes, hanem íves, olykor többször is görbített formájú lehet.

A rétegelt-ragasztott fatartók készülhetnek: tömör négyszög szelvénnyel, I-szelvénnyel (22. és 23. ábra), ahol vízszintes rétegelés esetén a tartógerinc szélességi mérete > 60 mm, kazettás (szekrényes) vagy összetett szelvényű kivitelben (alkalmazását indokolhatják tűzrendészeti követelmények, az inercia viszonyok javításának igénye stb.), esetleg körszelvényű kialakítással.

22. ábra. RRFA tartók keresztmetszetei

23. ábra. Négyszög szelvényű RRFA tartók

Rétegelt-ragasztott fa fedélszerkezetek

Általános tudnivalók

A rétegelt ragasztott fatartók egy jelentős csoportját képezik az íves tengelyű tartók, amellyel a tervezők tervezési szabadsága jelentősen növekedett (24. ábra). Az íves tengelyű RRFA tartók lamelláinak hajlási sugara fenyőknél: R ≥ 160 x V, lombos fáknál: R ≥ 200 × V (R: a görbítési sugár, V: a lamella elemek vastagsága.)

24. ábra. Íves tengelyű RRFA tartók

A gyártás alapanyaga Magyarországon I-II. szilárdsági kategóriájú lucfenyő (F56) vagy erdei fenyő, esetenként vörösfenyő, amely minőség csak zord éghajlati viszonyok mellett fejlődött, lehetőleg szibériai fenyőből biztosítható. Az alkalmazott műgyanta víz-és főzésálló, minden szélsőséges hatást biztonsággal tűr, s a gyártás során bekövetkezett kikeményedés után az egészségre teljes mértékben veszélytelen.

A különleges hosszakat hossztoldással (25. ábra), az extrém szelvényméreteket szélességi toldással és rétegeléssel lehet elérni. Ha rétegeléskor a préságy egyenes, akkor a fatartó egyenes lesz, ha íves, akkor íves lesz. A technológia során nem kell sem különleges hőkezelést, sem gőzölést alkalmazni, a préságy szerinti forma állandóságát a rétegeléshez használt műgyanta biztosítja.

25. ábra. Ékfogazásos hossztoldás

A hossztoldás során történő hibakiejtés és a rétegelés következtében a hagyományos fűrészelt fa gerendánál jóval homogénebb, legfeljebb kismértékben repedező és nem vetemedő fatartók kapunk eredményül.

Az elkészült termékek felülete gyalult, 2 réteg vizes bázisú, kombinált, gomba- és rovarkárosító hatást megelőző anyagtartalmú lazúr bevonattal ellátott.

Rétegelt-ragasztott fa fedélszerkezetek

Általános tudnivalók

A szerkezeti kapcsolatokhoz szükséges acélanyagú kapcsoló- és kötőelemeket olyan korrózióvédelemmel látják el, amely a tartók felhasználási körülményei között a tervezett használati időtartamra megfelelő védettséget biztosít. A rétegelt-ragasztott fatartóknál számos olyan kapcsolóelem alakult ki, melyekkel a csomópontokat viszonylag könnyedén, egyszerűen és hatékonyan lehet kialakítani. Ezek a szerelvények – a csomópontokban – csuklókat képeznek, biztosítják a feltámasztást, megakadályozzák a tartó szétcsúszását, kimozdulását (26. ábra).

26. ábra. Acél talpsaru

A rétegelt-ragasztott fa tartókkal történő építés gyors, viszonylag kis gépigényű. Ezzel a szerkezettípussal akár 70,00 m fesztáv is áthidalható közbülső alátámasztás nélkül (27. ábra). A szerkezet nem igényel burkolást, sőt a fa természetes szépségével jelentősen növeli az épület esztétikai értékét. A faszerkezet tartósságát, állékonyságát akkor is teljesen megtartja, ha a beépítés után többé már nem történik meg a felületkezelés felújítása.

27. ábra. RRFA szerkezetű nagy fesztávolságú csarnok

Rétegelt-ragasztott fa fedélszerkezetek

Főbb alkalmazási területek:

uszodák;

sportcsarnokok, tornatermek;

termálfürdők;

lovardák;

ipari csarnokok;

mezőgazdasági és állattartó épületek;

raktárépületek;

templomok;

családi házak.

Az RRFA szerkezetek előnyei:

különleges szelvényméretek és hosszak;

nagy formagazdagság: egyenes, íves és kombinált szerkezeti elemek;

könnyű szerkezetek;

nagy (akár 70 m-es) szabad fesztávok áthidalása;

gyors építhetőség;

széles alkalmazási terület;

kis karbantartási igény;

kiváló tűzzel szembeni ellenálló képesség (acél és vasbeton szerkezetekhez viszonyítva);

környezetbarát alapanyag;

esztétikus megjelenés;

formastabilitás;

korrózióállóság.

Rétegelt-ragasztott fa fedélszerkezetek

A rétegelt ragasztott fatartók gyártásának folyamata

Darabolás: hibakiejtéssel a fűrészáruból a kivehető legnagyobb hosszméretű lamella elemet kell biztosítani.

Hossztoldás: a hossztoldás automata hossztoldó gépen történik ékfogazásos kapcsolattal úgy, hogy a lamella elem pontos hossza is levágásra kerül a gépbe épített körfűrész segítségével. Hossztoldás segítségével a lamellák hossza a kívánt értékig növelhető.

Lamella gyalulás: egy lamellán a vastagsági méreteltérés nem lehet több 0.5 mm-nél, a gyalult felületnek simának, és tisztának kell lennie

Ragasztóanyag felhordás: a lamellák szélesebb oldalára felviszik a ragasztót és mechanikus vagy hidraulikus, esetleg nagyfrekvenciás erőtérrel kombinált présben összepréselik őket. A lamellák gyalulása és a ragasztóanyag felhordása között legfeljebb 24 óra telhet el, a felhordandó ragasztóanyag mennyiségét (250–450 g/m²) a ragasztóanyag gyári előírásai alapján kell megállapítani, a ragasztandó felületeken por, zsír vagy egyéb szennyeződés nem lehet. A használatos ragasztóanyagok mellett az RRFA tartók végső szilárdságukat a préselést követő 7-8. napon érik el, ez idő alatt a tartók nem terhelhetők.

Préselés: a ragasztóanyag bekeverése és a préselés befejezése között eltelt idő nem lépheti túl a ragasztó fazékidejét, a fajlagos présnyomás fenyő fafajok esetén 0,5–0,7 N/mm², a présben tartás ideje 24 óra.

Pontos méretre gyalulás, csiszolás, felületkezelés. A préselés után a rétegelt ragasztott tartót gyalulják, az esetleges fahibákat kézi munkával javítják, majd az elemeket milliméteres pontossággal végső méretükre vágják. Végül a terméket fóliába csomagolják, hogy ezzel megvédjék a raktározás és szállítás során a szennyeződésektől és a nedvességtől.

Rétegelt-ragasztott fa fedélszerkezetek

Rétegelt ragasztott fatartók szállítása és beépítése

Szállítás

A szállíthatóság íves tartók esetében nagymértékben függ a húrmagasságtól, amely a tartó oldalnézetét befoglaló téglalap magasságával egyenlő.

Közönséges szállításnak minősül, ha a húrmagasság nem haladja meg a 2,50 m-t, a húrhossz pedig a 16,00 m-t. A legnagyobb szállítható húrmagasság 5,5 m. Ekkor a fektetett helyzetű tartókat éjszaka, útvonalengedéllyel rendelkező trélerek szállítják.

Építéshelyszíni tárolás

Erre akkor van szükség, ha a tartókat nem építik be közvetlenül a szállítás után (mivel a tartókat részben éjszaka szállítják, szinte mindig szükséges). A tartók építés helyszíni tárolására tervet kell készíteni, melynek elő kell írnia az alátámasztás, a letakarás és a felügyelet módját. A RRFA tartókat úgy kell elhelyezni, hogy a talajjal közvetlenül ne érintkezzenek, illetve úgy, hogy az esetleges csapadékvíz el tudjon párologni. Biztosítani kell továbbá a tartók mechanikai sérülésektől való védelmét ponyvákkal, fóliákkal. Az elhelyezésnél arra is kell ügyelni, hogy a tartók olyan pozícióban legyenek, hogy a daru – a szerelés során – probléma nélkül hozzájuk tudjon férni, meg tudja a tartókat emelni.

Szerelés

A tervezőknek ehhez a művelethez szereléstechnikai tervet kell készíteniük. A szereléshez szükséges daruk megválasztása nagymértékben függ a tartó méreteitől, súlyától, formájától. Háromcsuklós tartó szerelésénél külön figyelmet kell fordítani arra, hogy a két – egymással szembeni – elemet egy időben és a lehető leglassabban emeljék a daruk (28. ábra). Mivel a nagy fesztávolságú tartók általában nagy szerkezeti magasságokat is jelentenek, gyakran alkalmaznak ipari alpinistákat a csomópontok rögzítéséhez, összeillesztéséhez. A tartókon végzett építéshelyszíni faipari megmunkálási felületeket (illesztő gyalulás, fúrás, marás) faanyagvédő kezeléssel kell ellátni.

28. ábra. RRFA tartópárok szerelése