Strona głowna < Artykuły

Katastrofa budowlana hali targowej w

Chorzowie dnia 28.01.2006 r.

autor Jan Z.T. (29.01.2006 r)
(zapiska nr 17)

Spis treści:
1. Wstęp
2.
Ewentualne przyczyny
3.
Śnieg
4.
Inne konstrukcje tego typu - opis
5. Schematy konstrukcji: (nr 1) ; (nr 2) ; (nr 3)

Wiadomość o tragicznej śmierci przeszło 65 osób w katastrofie budowlanej hali targowej w Chorzowie wstrząsnęła wszystkimi. Z głębokim bólem dowiedziałem się o tej tragedii i pragnę przesłać zapewnienie o duchowej bliskości rodzinom ofiar oraz szybki powrót do zdrowia rannych.
Wieczny pokój zabitym.

1. Wstęp (spis)

Z wykształcenia jestem inżynierem budowlanym i dlatego chciałbym coś na ten temat powiedzieć. Co roku Główny Urząd Nadzoru Budowlanego gromadzi, a media przedstawiają informacje o katastrofach budowlanych i ich przyczynach. Przeglądając te dane za ostatnie lata, można określić procentowo podział katastrof w Polsce ze względu na ich czas i sposób powstania i tak:
Liczba katastrof zaistniałych (zarówno w budownictwie wielorodzinnym, przemysłowym i jednorodzinnym):

  1. podczas eksploatacji obiektów (bez wypadków losowych) - około 37 %
  2. wybuchem gazu ziemnego lub propanu-butan - ok. 10 %
  3. zdarzeniami losowymi (wiatr, śnieg, pożar itp.) - ok. 21 %
  4. ze względu na błędy projektowe - 2 %
  5. ze względu na wady materiałowe - 3 %
  6. podczas wznoszenia obiektu - około 27 %

Razem liczba katastrof podczas eksploatacji - około 68 %

Jak widać z tego prostego zestawienia 2/3 katastrof spowodowanych w Polsce powstają podczas eksploatacji danego obiektu budowlanego. Z tego wynika, że nie należyta i fachowa dbałość o daną substancję obiektu budowlanego bywa najczęściej przyczyną nieszczęścia. Dotyczy to głównie obiektów budowlanych już w trakcie eksploatacji a obowiązek ten ciąży na właścicielu i pośrednio zatrudnionego przez niego zarządcy nieruchomości. Absurdem jest, że zawód zarządcy nieruchomości może wykonywać każda osoba z wyższym wykształcenie np. po studiach polonistycznych, która ukończyła tylko minimum 145 godzinny kurs (około 30 dni) i odbyła 6-miesięczny staż. Pytam jak taka osoba dostrzeże (bez zmysłu technicznego) w nadzorowanym przez siebie obiekcie, że dana konstrukcja ma zbytnie ugięcie, czy powstały zarysowania, pęknięcia (w szczególnych miejscach) grożące powstaniem katastrofy budowlanej. Natomiast każdy z wynikiem dobrym absolwent inżynier budownictwa lądowego (5-cio letnie studia), podczas studiów miał niejednokrotnie z tym do czynienia i dla niego nie stanowiłoby trudności odkrycia oznak zbytniego ugięcia dźwigara dachu czy maksymalnej grubości warstwy śniegu na dachu. Każdy inżynier dokładnie zna i wie jaka jest dopuszczalna grubość warstwy śniegu w naszych warunkach dla danej strefy.
Dlatego uważam, że w tym nowo powstałym zawodzie, zarządcy nieruchomości powinno być wymagane wykształcenie wyższe budowlane i odpowiednie zmiany powinny być dokonane w ustawie o gospodarce nieruchomościami z dnia 21 VIII 1997, która określa ramy tego zawodu, jak najszybciej.

Natomiast w procesie wykonawstwa głównymi przyczynami złej jakość robót budowlanych jest:

W mediach po tej katastrofie często przewijają się słowa tzw. wady konstrukcyjne. Najlepiej coś przerzucić na jakieś tam wady ale przecież tej wady najczęściej dokonał człowiek np. w fazie produkcji a następnie z braku kontroli technicznej w zakładzie. Na przykład w budynkach często występują słabe elementy żelbetowe, w których zastosowano zbyt małą ilość cementu i stali zbrojeniowej, oraz zamiast odpowiedniego żwiru i pospółki zastosowano tylko piasek. Za tym idzie, że słabe będą żelbetowe stropy, schody, stropodachy, płyty balkonowe oraz żebra i wieńce w zawalonych budynkach. Często niektóre konstrukcje miały ławy fundamentowe założone w strefie przemarzania gruntu, a więc musiały się rysować i pękać.
Dużą częścią z przyczyn zawalenia się, w szczególności konstrukcji budowlanych realizowanych w budownictwie jednorodzinnym było to, że były wznoszone przez pseudo fachowców, przez niewykwalifikowanych murarzy i cieśli bez wymaganego projektu budowlanego oraz nadzoru inżynieryjno-technicznego. Najczęściej takie budowle od samego początku mają tzw. wady konstrukcyjne i stanowią zagrożenie dla ludzkiego życia i mienia.
Dachy nie walą się bez przyczyny nawet przy obciążeniu śniegiem i wiatrem, jeśli są prawidłowo zaprojektowane, starannie wykonane a następnie właściwie i fachowo eksploatowane. Wali się, jeśli roboty wykonuje pseudo firma budowlana, nie pod okiem inżyniera budowlanego lecz pod okiem inwestora, który jest z zawodu np. adwokatem lub nauczycielem.
Często inwestor zleca sporządzenie projektu budowlanego osobom zajmującym się taką pracą jedynie doraźnie, w ramach ubocznego zajęcia lub przyjmuje się (w przypadku inwestora zagranicznego) gotowy projekt firmy zagranicznej, tylko pobieżnie sprawdzony i akceptowany przez polskiego inżyniera, gdzie w przypadku krajów południowych np. norma śniegowa jest bardziej łagodniejsza.

U właścicieli i zarządców nieruchomości a w szczególności obiektów o nie typowych konstrukcjach powinien istnieć stały odruch konserwatorski, naprawczy, reagując odruchowo nawet na wyglądające z pozoru błahe usterki jak np. zapchana rynna czy przeciekający dach. Te z pozoru drobne usterki z biegiem czasu mogą doprowadzić np. do korozji zbrojenia w elemencie betonowym czy konstrukcji stalowej nośnej dachu a tym samym osłabienia takiej konstrukcji. Taki zarządca powinien reagować na nie wtedy, kiedy je spostrzega. Jeżeli tak nie jest to nie ma co się dziwić, że widzimy zdewastowane i zniszczone budynki a nie długo potem one po prostu się walą.


2. Ewentualne przyczyny katastrofy w Chorzowie (spis)

Wracając natomiast do katastrofy która się wydarzyła w Chorzowie, chciałbym przedstawić moje przemyślenia w tej sprawie. Z tego co wiem z przekazów medialnych hala targowa w Chorzowie miała rozmiary 100x100 m. Przykrycia takich hal zalicza do dużych rozpiętości i są to przeważnie to tzw. ramy kratowe stalowe 2-przegubowe o małym spadku przykrycia dachowego (wg rys.1). Słupy ram mogą być połączone z fundamentem sztywno lub przegubowo oraz mieć przekrój stały w przypadku sztywnego połączenia lub zmniejszający w kierunku przegubu. Zobacz schemat hali > Rys nr 1. Najprostszą konstrukcją jest ustrój słupowo-wiązarowy. Zobacz schemat hali > Rys nr 2

Dana hala targowa była konstrukcja nową o czasie użytkowania około 5 lat. Dlatego według mnie wpływ zmęczenia materiału (stali) miał raczej znikome znaczenie, chyba że hala została zaprojektowana zbyt oszczędnie lub popełniono błąd w doborze odpowiednich przekrojów elementów nośnych. Również nie należy wykluczyć złego wykonawstwa a w szczególności jakości wykonanych spoin (brak przetopu), jeżeli była to konstrukcja spawana.
Według doniesień medialnych jedną z przyczyn zawalenia dachu mogła być zbyt duża ilość śniegu. A w jednej relacji świadka było również to, że dach wcześniej przeciekał.
Możliwe właśnie tutaj może tkwić jedna z ewentualnych przyczyn, że cieknąca od dłuższego czasu woda (na Śląsku woda deszczowa jest znacznie zasiarczona, można przyjąć, że jest to mało stężony kwas siarkowy), przypuszczalnie na dźwigar dachowy, na jakiś węzeł konstrukcyjny, mogła po jakimś czasie doprowadzić do jego znacznej korozji.
W ten sposób zbieg przypadku czyli nadmierne obciążenie śniegiem i ewentualne uplastycznienie się węzła w całym przekroju (powstanie tzw. przegubu plastycznego) w jednym z dźwigarów, mogło się to stać początkiem (w przypadku konstrukcji statycznie niewyznaczalnej) do pojawienia się k+1 (k - stopień statycznej niewyznaczalności) przegubów plastycznych w innych częściach konstrukcji nośnej. W pewnym momencie część takiej konstrukcja dachu jest nie stabilna i nagły wstrząs, drgania czy inny nieokreślony czynnik może spowodować zniszczenie części konstrukcji dachu ale efekt domina i to że taka konstrukcja stanowi całość może doprowadzić do zawalanie się znacznej połaci dachu.
Podobna awaria wydarzyła się w 1992 roku w hali produkcyjnej zakładów przemysłu owocowo-warzywnego zajmującej powierzchnię około 4 ha gdzie doszło do awarii stalowego dźwigara dachowego pod wpływem znacznego obciążenia od zamarzniętej wody wskutek awarii przeciekającego przewodu wodociągowego.. Nie doszło do nieszczęścia ponieważ odpowiednie fachowe służby w porę dostrzegły zagrożenie w wyniku znacznego ugięcia podwieszanego stropu ale nie uniknięto katastrofy fragmentu części jednej z hal. Ale ta fragmentaryczna katastrofa nie spowodowała na szczęście zawalenia się całości dachu i ofiar w ludziach.
W tego typu awariach dźwigarów dachowych ze względu na znaczny wzrost obciążeń( jeżeli są prawidłowo zaprojektowane i wykonane) najczęściej nie występują uszkodzenia prętów skratowania a słupki zachowują swą prostoliniowość. Również nie są uszkodzone blachy węzłowe. Najczęściej występuje znaczne ugięcie dźwigara spowodowane odkształceniem pasów górnego i dolnego i dodatkowo w przypadku połączeń śrubowych, odkształceniem lub nawet ścięciem śrub.
W porę dostrzeżona taka awaria nie jest trudna do usunięcia i wymaga odpowiedniego podparcia i uniesienia konstrukcji a następnie wykonania wzmocnień lub wymianę elementów kraty. Oczywiście musi być wykonany odpowiedni projekt a całość prac nadzorowana przez inżyniera budowlanego.


3. Śnieg  (spis)

Jedną z przyczyn która spowodowała zawalenia się dachu w hali targowej w Chorzowie na pewno była zbyt duża warstwa śniegu. Według przekazów medialnych podobno miała średnią grubość około 50 cm. Polska jest wg PN podzielona na 4 strefy obciążenia śniegiem. Miasto Chorzów ale też Warszawa leży w 1 strefie, największej na obszarze Polski.
Każdy inżynier budowlany przystępując do projektu danego obiektu czy konstrukcji budowlanej najpierw musi w sposób rzetelny zebrać wszystkie obciążenia jakim będzie podlegać dany obiekt. I tutaj występuje największa sztuka uwzględnienia jak największej i prawdopodobnej liczby takich obciążeń nawet tych sporadycznych np. w przypadku filaru wiaduktu nie tylko obciążenia własne czy technologiczne ale również takie które mogą nawet w ogóle nie wystąpić jak przykładowe uderzenie 20-tonowej ciężarówki w filar wiaduktu.
Obciążenia działające na dach który był w hali targowej w Chorzowie (oczywiście zbliżone ponieważ nie znam dokładnie jego konstrukcji):

1. obciążenie stałe w kN/m2 połaci, załóżmy:

  • LP

    Materiał

    obciążenie charakteryst.

    współ. bezpieczyństwa

    obciążenie obliczeniowe

    1

    2xpapa na lepiku

    0,1

    1,3

    0,13

    2

    styropian

    0,045

    1,3

    0,058

    3

    blacha fałdowa T-40

    0,097

    1,1

    0,107

    4

    dźwigar kratowy stalowy 0,009L

    0,198

    1,1

    0,218

    5

    oraz płatwie, stężenia i inne

    0,1

    1,2

    0,12

    RAZEM >

    0,54

    -

    0,633

    Czyli obciążenie obliczeniowe stałe wynosi > 0,633 kN/m2 czyli około 65 kG/m2

    2. Charakterystyczne obciążenie śniegiem dla 1 strefy wynosi > 0,7 kN/m2 czyli około 72 kG/m2.

    Ostateczne obciążenie od śniegu dodatkowo jest uzależnione od współczynnika kształtu dachu C, który przyjmuje się wg normy. Dla dachu w hali targowej w Chorzowie, zapewne jednospadowym i o małym spadku wyniósł on by 0,8. Co ciekawe ta wartość współczynnika jest maksymalna nawet dla dachu płaskiego czyli faktycznie zmniejsza obciążenie charakterystyczne o 20 % ! Nie wiem czym kierowali się twórcy normy nie dając tego współczynnika co najmniej równego 1,0. Doświadczeni inżynierowie przyjmą go większy ale mniej doświadczeni będą postępować zgodnie z normą.

    Czyli stosując dokładnie normę > qs = C x qh = 0,7 x 0,8 = 0,56 kN/m2
    Współczynnik bezpieczeństwa > 1,4

    3.obciążenie obliczeniowe od śniegu - 1,4 x 0,56 = 0,784 kN/m2 czyli około 80 kG/m2. Takie obciążenie odpowiada warstwie śniegu o grubości około 32 cm
    Według doniesień medialnych warstwa śniegu która zalegała na dachu wynosiła około 50 cm (nie licząc ewentualnego zamarzniętego śniegu lub lodu o grubości najczęściej około 2-5 cm) czyli to odpowiada około
    1,225 kN/m2 czyli 125 kG/m2
    (dla całej powierzchni halii 100x100 będzie to około 1250 Ton).
    A zatem wzrost obciążenia konstrukcji dachu o około 0,441 kN/m2 (45 kG/m2) - czyli 56 %.

    4. w tych uproszczonych obliczeniach obciążenia nie będę przyjmował obciążenia od wiatru ponieważ dla tej strefy 1 i załóżmy ekspozycji w terenie klasy B będą one ujemne, jak również wpływu drgań czy wpływów tektonicznych.

    5. zatem przybliżone całkowite obciążenie obliczeniowe dachu takiej hali wyniesie:

    q = 0,633 + 0,784 = 1,417 kN/m2 czyli około 145 kG/m2

    6. a obciążenie rzeczywiste dachu takiej hali po uwzględnieniu 50 cm śniegu wyniosło:

    q = 0,54 + 1,225 = 1,765 kN/m2 czyli około 180 kG/m2
    wzrost obciążenia wyniesie o 25 % do stanu obliczeniowego wg normy

    Dźwigary stalowe są liczone wg metody stanów granicznych z zapasem nośności wynoszącej około
    15-20 %. A zatem w naszym przypadku przekroczenie granicy nośności wyniosłoby około 5-10% co nie jest jeszcze sytuacją tragiczną mogącą spowodować nagłą katastrofę lecz raczej stopniowe uplastycznianie się elementów nośnych konstrukcji. Ale w dłuższym czasie może dojść do katastrofy o czym wspomniałem powyżej. Z tego wynika, że w porę zauważone odkształcenie konstrukcji przez fachowca mogłoby zapobiec katastrofie.
    W przypadku konstrukcji mogących dokonać w wyniku awarii znacznych strat materialnych czy ofiar w ludziach norma uwzględnia dodatkowo tzw. współczynnik zniszczenia. Jeśli inne przepisy nie stanowią inaczej, ani też nie przeprowadza się specjalnej analizy probabilistycznej to dla konstrukcji nośnych w budownictwie powszechnym przyjmuje się współczynnik zniszczenia równy 1,0.
    Nie znam szczegółów projektu ale na Śląsku i tak dużej hali prawdopodobnie taki współczynnik powinien być przyjęty co najmniej 1,4.a wtedy zapas nośności, nie wdając się w skomplikowane obliczenia, orientacyjnie stosując zasadę proporcji przy tej ilości śniegu (50 cm) wyniósłby 30-35 %. A zatem nie powinno dojść do katastrofy budowlanej.

    Oczywiście ostateczne ustalenia ustali specjalnie powołana komisja składająca się z rzeczoznawców budowlanych, ale dla osób mniej obeznanych zapewne przedstawiłem w sposób trochę uproszczony ale zapewne zrozumiały.


    4. Inne konstrukcje tego typu w Polsce (spis)

    Konstrukcja dachu hali która się zawaliła nie była jakimś wielkim osiągnięciem pod względem konstrukcyjnym w technice budowlanej. Już w latach 70-tych ówczesnego stulecia w Polsce budowano konstrukcje bardziej śmiałe i o wiele trudniejsze w zaprojektowaniu i wykonaniu czego przykładem jest Hala Widowiskowo-Sportowa w Katowicach tzw. spodek na około 12 000 osób i rozpiętości 126 m. Oddana do użytku w 1972 roku.
    Dach jest w konstrukcji cięgnowo wiszącej, co dało w efekcie płaski pochylony dach na kołowym rzucie o ukrytej formie właściwej dla konstrukcji wiszącej. Przykrycie tej hali skonstruowano w ten sposób, że na sztywnym pierścieniu stalowym oparto paraboliczną kopułę o konstrukcji stalowej. Kształt przykrycia w przekroju poprzecznym przypomina przecięty pod skosem płaszczyzną odwrócony ścięty stożek. Część środkowa dachu jest kołem. Nie będę opisywał dalszych szczegółów konstrukcyjnych bo są one raczej mało zrozumiałe dla osób nie obeznanych.
    Nadmienię tylko, że w bardzo sprytny sposób jest posadowiona cała konstrukcja w którym wykorzystano fakt równoczesnego odkształcenia się poziomego i pionowego gruntu ze względu na wpływy eksploatacji górniczej. Przy nachylonych słupach, każde przesunięcie poziome stopy fundamentowej powoduje wyniesienie budowli ku górze. Ponieważ każdemu przesunięciu poziomemu towarzyszy pionowe, a słup jest skonstruowany jako wahacz, uzyskano w ten sposób, że płaszczyzna pierścienia fundamentowego nie ulega deformacji.
    Opisana konstrukcja jest nowatorska i o wiele bardziej skomplikowana niż dach hali której się zawalił, ale w wyniku stałej konserwacji i doglądowi stoi do dziś. Zobacz schemat hali > Rys nr 3

    Miałem ten zaszczyt, że moim jednym z profesorów na studiach w PW, u którego zdawałem egzamin z konstrukcji sprężonych był współprojektant tej hali w Katowicach pan prof. Andrzej Żurawski, który wespół z innymi sześcioma projektantami za ten projekt otrzymali w 1962 roku nagrodę I stopnia Ministra Budownictwa. Nawiasem mówiąc również tego roku ale w innym składzie 9-osobowym projektantów otrzymał nagrodę I stopnia Ministra Budownictwa za projekt budynku handlowego Supersam w Warszawie.

    Istnieją również inne tego typu hale o przykryciu cięgnowo wiszącym ale z dachem wklęsłym jak np. sala gier AWF w Warszawie o rozpiętości 32,5 m i wysokości około 12 m. Oddana w 1970 roku.
    Innymi z nie typowymi konstrukcjami przykrycia dachowego są:

    *************

    Duża liczba istniejących dźwigarów dachowych tego typu jakie istniały w zawalonej hali targowej w Chorzowie, nie zawsze wykonanych poprawnie a w większej ilości eksploatowanych niewłaściwie może stanowić poważny problem techniczno-ekonomiczny. W wielu wypadkach brak dostatecznej wiedzy i doświadczenia wykonawców oraz użytkowników oraz duży pośpiech wykonawstwa i oszczędność materiałów (w szczególności to dotyczy wszelkiego typu hal targowych) przy niskiej jakości robót i braku fachowego nadzoru w czasie eksploatacji obiektów - to przyczyny wpływające na powstanie realnego zagrożenia bezpieczeństwa i trwałości wielu spośród wykonanych konstrukcji, co tragicznie ujawnia się podczas silnych wiatrów czy opadów śnieżnych.

    (spis)


  • Copyright  2006 by Jan Z.T.
    Autor dopuszcza kopiowanie i rozpowszechnianie pod warunkiem
    podania autora i strony http://www.tezet60.republika.pl/Jan-ZT-02.html
    Artykuły > Strona głowna ** Poczta do autora - zapiska nr 17