Działanie wiatru a kąt nachylenia dachu

Wiatr, działając na dachy, wywołuje powstawanie sił dwojakiego rodzaju: napierających i ssących (rys. 1). Ma to znaczenie dla mocowania pokryć dachowych i działania wentylacji dachów. Oprócz tego w dachach pochyłych kąt nachylenia decyduje o szczelności pokryć drobnoelementowych (dachówek, płytek), pod które zawsze wiatr podwiewa opady (deszcz i śnieg).

Obciążenia pochodzące od wiatru 

Wielkość i kierunek sił pochodzących od wiatru zależą od kąta nachylenia dachu, jego kształtu oraz od kierunku, z jakiego wiatr wieje względem dachu.

Jak widać na zestawionych rysunkach (rys. 1), kąt nachylenia decyduje o wielkości tych oddziaływań oraz o tym, czy na dach działa parcie czy ssanie. Im dach ma mniejsze nachylenie, w tym większej liczbie miejsc tego dachu występuje ssanie i, co ważne, tym większe są różnice między wielkościami siły ssącej (rys. 2). Kształt dachu zmienia też układ sił: na dachach pulpitowych (jednopołaciowych – rys. 2) przy tym samym kącie nachylenia (45°) występują tylko siły parcia, a na dachach dwuspadowych układ sił jest mieszany (rys. 1). 

Przedstawione rysunki są tylko skromną częścią skomplikowanego systemu oddziaływań wiatru na dach i budynek, ponieważ pokazują wybrane, najprostsze układy kierunków wiatru do budynku. Całość tego zagadnienia jest dużo bardziej złożona i nie przedstawimy go w ramach tego artykułu.

Przy wysokich nachyleniach połaci (50°–80°) siły parcia wiatru mogą wywoływać niepożądane efekty. W pokryciach blaszanych powodują wygięcia (fot.), które psują estetykę, ale nie tylko. Na krawędziach wyginają wszystkie wystające elementy dachu i jego pokrycia. Jednak dużo groźniejsze są siły ssące. To właśnie one są odpowiedzialne za zrywanie dachów w czasie huraganów i silnych burz.

Na dachach o wysokich nachyleniach (50°–80°) z pokryciami drobnowymiarowymi trzeba te pokrycia dodatkowo mocować ze względu na działanie zmiennych, silnych wiatrów. Dachówki na połaciach pochylonych od 65° wzwyż muszą być mocowane, natomiast na mniejszych kątach – tylko w strefach brzegowych i narożnych (rys. 3).

Działanie wiatru sprawia, że konieczne jest mocowanie pokryć. Jednak najwięcej problemów występuje na dachach nisko nachylonych i płaskich ze względu na występowanie sił ssących. Zasady mocowania pokryć na tych dachach wynikają ze specyficznego nasilenia ssania w strefach brzegowych i narożnych. Zasady dotyczące stref dodatkowego mocowania na dachach pochyłych (rys. 3) obowiązują również na dachach płaskich. W tych samych miejscach występują największe siły zrywające pokrycia.

Kąt, wiatr i wentylacja

Wentylacja dachów jest możliwa dzięki przepływowi powietrza w przestrzeniach lub szczelinach wentylacyjnych. Ruch tego powietrza jest wywoływany przez ciąg termiczny i wiatr. W dachach nachylonych poniżej 10° siły wywołane ciągiem termicznym zanikają i z tego powodu wentylacja funkcjonuje tylko dzięki działaniu wiatru. 

Siły, jakie powstają w kanałach wentylacyjnych dzięki działaniu wiatru, wymuszają przepływ powietrza wentylacyjnego w dwojaki sposób: wytwarzają nadciśnienie powodujące parcie albo podciśnienie wywołujące ssanie (rys. 4). Najczęściej na stronie nawietrznej powstaje parcie (przy nachyleniu połaci powyżej 35°), a na zawietrznej ssanie (na górze połaci pod kalenicą). Decyduje o tym kierunek wiatru względem poszczególnych boków budynku (rys. 1). Rozkłady ciśnień są dość skomplikowane i zależą od kształtu budynku i dachu oraz kątów nachylenia połaci dachu. 

Obie wartości ciśnienia (dodatnia – parcie, ujemna – ssanie) wymuszają przepływ powietrza wentylującego we wszystkich połaciach w większości kierunków, jakie obiera wiatr. Trzeba jednak pamiętać, że w skrajnych wypadkach wiatr może spowodować odwrotny kierunek przepływu – z góry do dołu. Jest to niekorzystne, gdy zachodzi stale w tych samych miejscach dachu, ponieważ podczas opadów deszczu lub śniegu może wywołać duże zawilgocenie niektórych fragmentów dachu.

Bardzo duże znaczenie ma to, że kierunek sił działających na dach pochodzących od wiatru zależy od kąta nachylenia połaci. Obrazuje to rys. 1. Jak widać, przy najpopularniejszych kątach nachylenia dachów (od 30° do 45°) wiatr wiejący prostopadle do okapu w dolnej okapowej części połaci wywołuje ssanie. Z tego powodu umieszczanie wlotów do szczeliny ponad krawędzią okapową pokrycia (np. za pomocą dachówek wentylacyjnych) może spowodować nie wpychanie powietrza pod pokrycie, lecz jego zasysanie.

Kąt a szczelność dachów

Dachy pochyłe zawdzięczają swoją dużą popularność między innymi temu, że ich pokrycia nie muszą być tak szczelne dla opadów jak pokrycia dachów płaskich. Dzięki temu kosztują mniej i mogą być kryte bardzo różnorodnymi materiałami. Natomiast pokrycia dachów płaskich muszą być dużo bardziej odporne na wodę stojącą, która może na nich zalegać przez długi czas (topniejący śnieg i lód).

Dachy pochyłe osłaniają budynki przed opadami atmosferycznymi, sprowadzając wodę poza okap, a ich pokrycia nie muszą być tak szczelne jak na dachach płaskich. Ich skuteczność polega na sprawnym odprowadzeniu ściekającej w dół wody. Dzięki temu dachy te mogą spełniać wiele innych bardzo ważnych funkcji, a ich pokrycia są bardziej trwałe. Wynika to z możliwości łatwego wykonania wentylacji, która usuwa wilgoć pochodzącą z atmosfery i z wnętrza budynku.

W związku z tym znaczenie słowa „szczelność” w odniesieniu do dachu pochyłego na pewno nie powinno wywoływać skojarzeń z hydroizolacyjnością (wodoszczelnością). Wymagana dla dachów pochyłych szczelność uzyskiwana jest na zupełnie innej zasadzie niż hydroizolacyjność. Dachy te mają zawsze pokrycia dwuwarstwowe składające się z pokrycia zasadniczego i wstępnego. I to drugie w zasadzie decyduje o odporności dachu na opady (ONO).

Wspomniana odporność na opady (ONO) jest przede wszystkim zależna od kąta nachylenia połaci i od rodzaju pokrycia. Dlatego dla każdego rodzaju pokrycia wyznacza się zasady jego układania w zależności od kąta nachylenia połaci dachowej. Im ten kąt jest mniejszy, tym wiatr łatwiej przepycha pod pokrycie opady deszczu lub śniegu (rys. 5). Przy pokryciach płaskich takich jak łupek czy dachówka karpiówka tylko wielkość zakładów decyduje o ich odporności na to zjawisko i przy niskich kątach zakłady stanowią dużą część długości pojedynczego elementu tych pokryć.

Istnieje wzajemna zależność między ONO a wentylacją pokrycia. Inaczej wentylują się pokrycia o dużej szczelności powierzchni, a inaczej drobnowymiarowe układane na zakłady.

Kąt i klimat

Zestawienie zależności funkcjonujących między kątem nachylenia połaci a:

• obciążeniem śniegiem,
• siłami wywołanymi przez wiatr,
• sprawnością działania wentylacji,
• szczelnością pokryć dachowych

pokazuje, jak duży wpływ ma on na konstrukcję dachu. Od nachylenia dachu zależy bardzo wiele ważnych cech dachu i dlatego jego wybór podczas projektowania budynku jest tak ważny. Można by nawet postawić tezę, że jest wyborem fundamentalnym dla budynku. Decyduje o jego architekturze i funkcjonalności. 

Funkcjonalność zaś musi być dostosowana do warunków klimatycznych panujących w regionie, w którym ma być wzniesiony budynek. Dlatego łatwo jest zauważyć, że wszędzie na świecie istnieje architektura regionalna, która charakteryzuje się m.in. wybranym kształtem dachu i nachyleniem jego połaci oraz popularnością określonych rodzajów pokrycia. Oczywiście, zależności są wzajemne; dostępność i długa tradycja stosowania wybranych rodzajów pokryć wpływają na kształt oraz nachylenie dachów charakterystycznych dla określonych regionów. Każde pokrycie ma bowiem swoje optymalne nachylenia połaci dachu, na jakich sprawdza się najlepiej. Dlatego w wielu regionach Europy budynki mieszkalne mają dachy o nachyleniu od 25° do 50°, przy czym najpopularniejsze są kąty 35°–45°.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!