Dwie identyczne pergole 4 × 3 m z tego samego katalogu. Ta sama cena, ten sam „wzmocniony profil”. Jedna stoi pod Zieloną Górą, druga pod Suwałkami. W styczniu na pierwszej leży około 700 kg śniegu, na drugiej ponad 1 500 kg. Katalog o tym nie wspomina, bo katalog nie wie, gdzie mieszkasz. Norma wie. I właśnie o normach jest ta część: nie po to, żebyś liczył sam, tylko żebyś wiedział, o co zapytać, zanim podpiszesz.
To pierwszy z trzech artykułów cyklu „Zanim kupisz, zapytaj dostawcę”. Dziś: skąd biorą się liczby. Za tydzień: co te liczby robią z konstrukcją, na przykładzie prawdziwej analizy MES. Za dwa tygodnie: checklista 15 pytań, z którą pójdziesz do każdego dostawcy pergoli, zadaszenia albo carportu.
Skąd się biorą liczby: trzy normy, które pracują za Ciebie
Zadaszenie tarasu to konstrukcja budowlana. Nie ma znaczenia, że jest lekkie, aluminiowe i „tylko na taras”. Obowiązują je te same zasady projektowania co dach domu, tyle że w mniejszej skali. W Polsce opisują je Eurokody, czyli seria norm PN-EN, a konkretnie:
- PN-EN 1990 ustala, jak łączyć obciążenia i jaki zapas bezpieczeństwa przyjąć,
- PN-EN 1991-1-3 mówi, ile śniegu spadnie na dach w danym miejscu Polski,
- PN-EN 1991-1-4 mówi, jak mocno wieje i w którą stronę działa wiatr na zadaszenie,
- PN-EN 1999-1-1, czyli Eurokod 9, mówi, ile wytrzyma konkretny profil aluminiowy.
Każda z tych norm ma załącznik krajowy. To w nim są mapy stref śniegowych i wiatrowych dla Polski. Dlatego katalog producenta z Holandii czy Turcji nie może Ci powiedzieć, czy jego pergola wytrzyma zimę w Suwałkach. Może to powiedzieć tylko ktoś, kto podstawił do normy Twój adres.
Śnieg: pięć stref, jeden adres
Zacznijmy od liczby, która ma nazwę s_k. To charakterystyczne obciążenie śniegiem gruntu: tyle śniegu, w przeliczeniu na kilogramy na metr kwadratowy, może w Twojej okolicy leżeć na ziemi w wyjątkowo śnieżną zimę. Nie w każdą. W taką, która zdarza się statystycznie raz na 50 lat. Norma projektuje na tę złą zimę, nie na przeciętną.
Polska jest podzielona na pięć stref. Wartość rośnie ze wschodu na zachód i z wysokością nad poziomem morza.
Na dach nie trafia cały s_k. Dla dachu płaskiego lub o niewielkim spadku norma przyjmuje współczynnik kształtu 0,8, bo część śniegu zwiewa. W strefie 2, gdzie leży Poznań, Warszawa i Łódź, daje to 0,72 kN/m², czyli około 73 kg na każdy metr kwadratowy dachu. Warto zapamiętać jedno przeliczenie: 1 kN to w przybliżeniu 102 kg. W naszym pierwszym artykule na blogu zaokrągliliśmy to do 100 kg, stąd tam wyszło 865 kg na pergolę 4 × 3 m, a dziś wychodzi 881 kg. To ta sama liczba, z innym zaokrągleniem.
Dwie uwagi, które w Wielkopolsce mają znaczenie:
- Granica stref 1 i 2 przebiega przez nasze województwo. Strefę odczytuje się dla konkretnego adresu, nie dla województwa. Kto podaje strefę „na oko”, nie liczył.
- Otoczenie zmienia wynik. Dach osłonięty od wiatru, na przykład wciśnięty między dom a wysoki żywopłot, dostaje współczynnik ekspozycji 1,2. Zamiast 73 kg/m² robi się 88. A dach przy wyższej ścianie budynku zbiera dodatkowo tak zwane worki śnieżne, czyli zaspy zwiewane z góry.
Teraz przeliczmy to na coś, co da się sobie wyobrazić.
W strefie 2 to 881 kg, czyli jedenastu dorosłych stojących na Twoim dachu. W Zakopanem ponad trzy tony. Norma nie pyta, czy pamiętałeś otworzyć lamele przed opadem. Konstrukcja ma przenieść ten ciężar w najgorszym scenariuszu, bo ten najgorszy scenariusz to zwykły śnieżny weekend, kiedy jesteś na nartach.
Wiatr: to nie parcie, tylko ssanie
Z wiatrem jest ciekawiej, bo działa on odwrotnie, niż podpowiada intuicja. Wydaje się, że wiatr napiera na dach i dociska go do słupów. W rzeczywistości nad otwartym zadaszeniem powietrze przyspiesza i powstaje podciśnienie, dokładnie tak jak nad skrzydłem samolotu. Wiatr dach podrywa.
Podstawą jest ciśnienie prędkości wiatru dla strefy wiatrowej. Większość Polski, w tym cała Wielkopolska, leży w strefie 1. Pas wybrzeża to strefa 2, góry to strefa 3. Do tego dochodzi kategoria terenu: to samo miasto, ale otwarte pole za domem albo gęsta zabudowa, daje inne ciśnienie na wysokości dachu pergoli.
Dla ogrodu na przedmieściach Poznania, na wysokości 2,5 m, ciśnienie wynosi około 0,38 kN/m². To odpowiada porywowi rzędu 90 km/h. Na otwartym polu jest to już 0,46 kN/m². Nie są to wartości ekstremalne. Takie porywy zdarzają się w Wielkopolsce kilka razy w roku.
Kluczowy jest jednak nie sam poryw, ale to, jak zadaszenie na niego reaguje. Norma opisuje to współczynnikiem c_p,net. Dla zadaszeń otwartych, takich jak pergola czy carport, w strefach krawędziowych sięga on minus 1,3. Minus oznacza ssanie do góry. Po przemnożeniu wychodzi około 0,50 kN/m² siły podrywającej dach.
Dla naszej pergoli 4 × 3 m daje to około 1,6 kN, czyli 160 kg siły wyrywającej na każdy słup. Cała pergola waży 250–350 kg, więc na słup przypada 60–90 kg ciężaru własnego. Sam ciężar konstrukcji nie utrzyma dachu przy ziemi. Utrzymają go kotwy i to, w co zostały wkręcone. Wrócimy do tego w trzeciej części, bo posadowienie to miejsce, w którym najczęściej pękają oferty.
Jak to się składa: kombinacje obciążeń
Śnieg, wiatr i ciężar własny nie działają osobno. Norma PN-EN 1990 mówi, jak je złożyć i jaki zapas przyjąć. W praktyce dla zadaszenia liczy się trzy przypadki:
- Nośność pod śniegiem: 1,35 razy ciężar własny plus 1,5 razy śnieg. Te mnożniki to zapas bezpieczeństwa, wliczony w normę, a nie w obietnicę sprzedawcy.
- Ugięcie pod śniegiem: ciężar własny plus śnieg, bez mnożników, bo sprawdzamy, czy belka nie zwisa w sposób widoczny i szkodliwy dla lameli.
- Wyrywanie przez wiatr: 1,0 razy ciężar własny minus 1,5 razy wiatr. Tu ciężar własny jest „po naszej stronie”, więc nie wolno go zawyżać.
Na grafice widać całą procedurę na przykładzie pergoli 4 × 3 m w strefie 2. Belka frontowa o długości 4 m i przekroju 100 × 150 × 3 mm przenosi moment zginający na poziomie 43 % swojej nośności. To dobry wynik. Ale o doborze profilu decyduje coś innego.
Ugięcie: aluminium ustępuje, zanim pęknie
Aluminium ma moduł sprężystości około 70 GPa, czyli trzy razy mniejszy niż stal. Profil aluminiowy, który bez trudu przenosi obciążenie, potrafi się przy tym wyraźnie ugiąć. Dla zadaszeń przyjmuje się zwykle dopuszczalne ugięcie 1/200 rozpiętości. Przy belce 4 m to 20 mm. Nasza belka ugina się pod śniegiem o 13,6 mm, czyli wykorzystuje 68 % limitu. Nośność 43 %, ugięcie 68 %: to ugięcie decyduje o profilu, nie wytrzymałość.
Dlaczego to ważne dla kupującego? Bo „wzmocniony profil” w folderze zwykle oznacza grubszą ściankę. A na ugięcie grubość ścianki ma niewielki wpływ. Liczy się wysokość profilu, i to w trzeciej potędze. Pokażemy to na wykresie w drugiej części.
Dla dociekliwych. Śnieg na dachu: s = μ₁ · Cₑ · Cₜ · s_k, gdzie μ₁ = 0,8 dla dachów o spadku do 30°, Cₑ = 1,0 dla terenu normalnego (1,2 osłonięty), Cₜ = 1,0. Wiatr: szczytowe ciśnienie prędkości q_p(z) według punktu 4.5 normy PN-EN 1991-1-4, z bazową wartością 0,30 kN/m² dla strefy 1; siła netto na zadaszenie w = q_p · c_p,net. Nośność belki: M_c,Rd = W_el · f_o / γ_M1, przy f_o = 160 MPa dla stopu 6063-T6 i γ_M1 = 1,10. Ugięcie belki swobodnie podpartej: δ = 5 · w · L⁴ / (384 · E · I). Wszystkie wartości w tym cyklu są orientacyjne i nie zastępują projektu konstrukcyjnego dla konkretnej realizacji.
Co z tego wynika dla Ciebie
- Zapytaj o strefę. Dostawca, który policzył konstrukcję, poda strefę śniegową i wiatrową oraz kategorię terenu dla Twojego adresu bez zaglądania w notatki. Kto odpowiada „u nas w Polsce śnieg nie jest problemem”, nie liczył.
- Zapytaj o ugięcie, nie o wytrzymałość. Pytanie „ile milimetrów ugnie się belka pod śniegiem i jaki limit przyjęto” od razu pokazuje, czy po drugiej stronie jest inżynier, czy folder.
- Zapytaj o kotwy. Skoro wiatr chce wyrwać z każdego słupa 160 kg, ktoś musiał dobrać kotwę, która to przeniesie. „Kotwy w zestawie” to nie jest odpowiedź.
Jak pracujemy
W Arcovii obliczenie obciążeń nie jest usługą dodatkową, tylko pierwszym krokiem wyceny. Do każdej oferty dołączamy założenia: strefę śniegową i wiatrową dla adresu montażu, kategorię terenu, dobrane profile, wynik sprawdzenia nośności i ugięcia oraz sposób kotwienia. Za tę część odpowiada dyrektor techniczny, Andrzej Polski, z imienia i nazwiska. Uważamy, że te liczby powinny być załącznikiem do oferty, a nie tajemnicą wykonawcy.
Jeśli chcesz wiedzieć, w jakiej strefie leży Twój dom i ile śniegu przyjmiemy dla Twojego tarasu, napisz do nas albo zadzwoń: +48 607 182 309. Sprawdzenie strefy dla adresu jest bezpłatne.
Najczęstsze pytania
W jakiej strefie śniegowej leży Poznań?
Poznań i większość Wielkopolski leży w strefie 2, gdzie charakterystyczne obciążenie śniegiem gruntu wynosi 0,90 kN/m². Zachodni skraj województwa, w okolicach granicy z lubuskim, należy do strefy 1 (0,70 kN/m²). Strefę odczytuje się z mapy w załączniku krajowym do PN-EN 1991-1-3 dla konkretnego adresu.
Czy pergola z otwieranymi lamelami musi być liczona na śnieg?
Tak. Norma nie zakłada, że użytkownik zdąży otworzyć lamele przed opadem. Konstrukcja musi przenieść pełne obciążenie śniegiem dla swojej strefy przy zamkniętym dachu. Otwieranie lameli na zimę to dobra praktyka, ale nie zastępuje obliczenia.
Ile waży śnieg na pergoli 4 × 3 m?
W strefie 2 około 880 kg przy zamkniętych lamelach, w strefie 3 około 1 170 kg, a w górach powyżej 3 ton. To wartości normowe dla wyjątkowo śnieżnej zimy, nie średnie. Mokry śnieg waży więcej od puchu, dlatego norma podaje obciążenie, a nie grubość pokrywy.
Czy wiatr może zerwać pergolę?
Może, jeśli jest źle zakotwiona. Na otwartym zadaszeniu wiatr wywołuje ssanie do góry, które dla pergoli 4 × 3 m daje około 160 kg siły wyrywającej na każdy słup. Masa konstrukcji tego nie równoważy. Bezpieczeństwo zależy od kotew i podłoża, w którym są osadzone.
Czy carport jest liczony tak samo jak pergola?
Tak, to ten sam typ konstrukcji w rozumieniu normy: zadaszenie otwarte. Carport ma zwykle większą rozpiętość i sztywniejsze pokrycie, więc obciążenie śniegiem jest większe, a ugięcie belek jeszcze ważniejsze. Zasady, strefy i kombinacje pozostają te same.
W następnej części: bierzemy tę samą pergolę 4 × 3 m, budujemy jej model obliczeniowy i pokazujemy krok po kroku, co śnieg i wiatr robią z belką, słupami i kotwami. Z wykresami deformacji, momentów i porównaniem pięciu lokalizacji w Polsce. Publikacja za tydzień.