Monitorowanie obciążenia śniegiem na dachach hal produkcyjnych

Hale produkcyjne z szerokimi rozpiętościami dachów, takich jak przestronne magazyny, zakłady przemysłowe, centra handlowe czy terminale lotnicze, szczególnie w rejonach narażonych na obfite opady śniegu, mogą być narażone na uszkodzenia lub nawet zawalenie z powodu ciężaru nagromadzonego śniegu w okresie zimowym.

Z racji różnorodności potencjalnych przypadków nadmiernego obciążenia, w tym skrajnych ilości śniegu i deszczu przy niskich temperaturach, istnieje ryzyko przeciążenia dachów hal produkcyjnych powyżej ich maksymalnego przewidywanego obciążenia. To podkreśla potrzebę uwzględnienia w projektowaniu tych budynków potencjalnych ekstremalnych warunków atmosferycznych, aby zapewnić ich bezpieczeństwo i trwałość przez cały okres użytkowania.

Awaria konstrukcji dachów hal produkcyjnych z powodu obciążenia śniegiem może być spowodowana różnymi czynnikami, w tym: rzeczywistym obciążeniem śniegiem przewyższającym normy projektowe, warunkami związanymi z nagromadzeniem i zsuwaniem się śniegu, niewłaściwym wykonaniem, brakiem odpowiedniej konserwacji, błędami projektowymi, niewystarczającym systemem odprowadzania wody, a także przestarzałą konstrukcją w starszych budynkach. Często problem wynika z nieadekwatnego uwzględnienia norm obciążenia śniegiem w obowiązujących przepisach budowlanych, które były stosowane podczas projektowania budynku.

W ekstremalnych lub nieoczekiwanych warunkach pogodowych, które prowadzą do przeciążenia, niska jakość wykonania lub błędy w projektowaniu mogą sprawić, że konstrukcje budynków w dotkniętych obszarach nie wytrzymają nadmiernych obciążeń wynikających z intensywnych opadów śniegu lub innych skomplikowanych warunków atmosferycznych.

W obszarach narażonych na wyjątkowo duże obciążenia śniegiem, takich jak regiony górskie, budynki są projektowane z myślą o znacznych obciążeniach śniegowych. Jednak w rejonach, gdzie śnieg jest rzadkością, obciążenia śniegiem na dachach nie są tak istotne, co zwiększa ryzyko uszkodzeń lub zawalenia się dachów pod wpływem nietypowych warunków pogodowych.

Zimowe burze, przynoszące deszcz, śnieg i lód, mogą każdego roku powodować zawalenia dachów, co skutkuje kosztami sięgającymi milionów dolarów i zakłóceniami w normalnym funkcjonowaniu firm. Dlatego kluczowe jest regularne monitorowanie tych dachów, aby uniknąć znacznych strat finansowych i materialnych.

Ponadto, uszkodzenia, które pozostają niezauważone po jednym zdarzeniu pogodowym, mogą osłabić zdolność konstrukcji do wytrzymania przyszłych, nawet mniejszych zdarzeń, które zazwyczaj nie stanowiłyby zagrożenia. Nie tylko duże śnieżyce mogą być szkodliwe dla dachów. Nawet bez pojedynczej, intensywnej burzy śnieżnej, regularne opady śniegu, które nie zdążą się stopić, mogą się kumulować, przekraczając dopuszczalne obciążenie dachu. Deszcz, padający po śniegu, może dodatkowo nasycić śnieg, znacznie zwiększając jego ciężar.

System monitorowania strukturalnego może dostarczać właścicielom nieruchomości i organom zarządzającym poczucie bezpieczeństwa odnośnie potencjalnych zagrożeń związanych z przeciążeniem, ryzyka uszkodzeń konstrukcyjnych oraz możliwości wystąpienia obrażeń u osób. Jest on efektywny w pomiarze obciążeń statycznych i dynamicznych w strukturze budynku, co umożliwia ocenę reakcji kluczowych elementów konstrukcyjnych na różnorodne warunki obciążenia.

Bezprzewodowe czujniki, umieszczane w strategicznych punktach na płaskich lub pochyłych dachach, umożliwiają monitorowanie naprężeń i odpowiadających im obciążeń. Pozwalają one na śledzenie obciążeń na różnych rodzajach dachów poprzez mierzenie obciążenia kluczowych elementów konstrukcyjnych, co umożliwia ocenę całkowitego obciążenia budynku i dostarcza informacji o stanie naprężenia dachu w czasie rzeczywistym, nawet w trudnych warunkach atmosferycznych, takich jak oblodzenie czy wilgoć.

Obciążenie dachu można wyliczyć, analizując ugięcie głównych elementów konstrukcyjnych, takich jak belki czy dźwigary. Wykorzystując parametry strukturalne i cechy geometryczne, w tym moduł Younga i momenty bezwładności materiału dachu, a także wymiary przęseł, dźwigarów i kratownic, można dokładnie określić obciążenie dachu.

Bezprzewodowe czujniki są idealne do monitorowania dachów budynków i innych konstrukcji ze względu na ich ciągłe, precyzyjne zbieranie danych, szybką transmisję informacji i odporność na trudne warunki pogodowe. Ich bezprzewodowa i energooszczędna natura sprawia, że instalacja i konserwacja są proste i ekonomiczne. Te czujniki oferują regulowane progi wyzwalania i interwały próbkowania, co zapewnia dokładne i wiarygodne wyniki bez konieczności kalibracji na miejscu.

Ponadto, zastosowana w czujnikach technologia umożliwia wykrywanie zdarzeń związanych z dużym obciążeniem, które mogą wystąpić w wyniku zmieniających się warunków śniegu, takich jak przemieszczanie się, dryfowanie lub ślizganie na dachu. Technologia ta gromadzi dane z częstotliwością od 50 do 100 próbek na sekundę, co pozwala na dokładną analizę zdarzeń o wysokim naprężeniu i ich porównywanie z ogólnymi danymi o naprężeniu.

Zdolność do mierzenia wysokiego obciążenia jest kluczowa w monitorowaniu dachu, ponieważ znaczące zmiany odkształceń mogą wymagać zbierania i przesyłania danych z wysoką prędkością. Bezprzewodowe czujniki są idealne do tego celu, gdyż ich próg wyzwalania można dostosować w zakresie od 16μStrain do 512μStrain, a interwał próbkowania można zmieniać od 25 do 200 ms. Dzięki temu są one w stanie zarejestrować gwałtowne zmiany odkształceń, umożliwiając efektywne gromadzenie danych przez te czujniki, zwłaszcza precyzyjnych informacji o zdarzeniach przy dużym obciążeniu, co jest niezbędne do dokładnego monitorowania dachu.

Informacje pochodzące z czujników umożliwiają inżynierom podejmowanie świadomych decyzji odnośnie warunków obciążenia dachów konstrukcji. Dzięki temu mogą oni planować ewentualne działania ewakuacyjne, wspieranie dachu, odśnieżanie lub decydować o konieczności dalszych inspekcji lub napraw w odpowiednim czasie. Dodatkowo, te urządzenia mogą wczesno ostrzegać o zbliżającej się awarii lub zawaleniu się dachu dzięki funkcji alarmowej, która sygnalizuje przekroczenie ustalonych progów danych (wysyłając ostrzeżenie e-mailowe, tekstowe lub powiadomienie odpowiednich władz). System monitorowania w czasie rzeczywistym może więc zapobiegać potencjalnym skutkom obciążeń śniegiem, zanim dojdzie do uszkodzenia lub zawalenia dachu. Ponadto, wykorzystując dane lokalizacyjne, władze mogą szybko zlokalizować miejsce przeciążenia i ocenić jego stan, korzystając z danych o odkształceniu, naprężeniu, obciążeniu i temperaturze. Wpływ temperatury na elementy konstrukcyjne dachu jest również istotny i brany pod uwagę przy gromadzeniu i interpretacji danych; czujniki te są wyposażone w wbudowane czujniki temperatury otoczenia.

System monitorowania dachów z energooszczędnymi czujnikami jest idealny zarówno do krótko-, jak i długoterminowego użytkowania. Kluczową zaletą tej energooszczędności jest możliwość wielokrotnego wykorzystania czujników w różnych zastosowaniach bez konieczności wymiany baterii lub ładowania podczas testów. Użytkownicy mogą przenosić te urządzenia między lokalizacjami lub wykorzystywać je w eksperymentalnych testach. Po zakończeniu testów, czujniki te mogą pozostać na konstrukcjach do długotrwałego monitorowania, nie wymagając wymiany baterii ani innej konserwacji przez cały okres użytkowania.

Konstrukcja bezprzewodowa systemu umożliwia szybką i łatwą instalację bez potrzeby dodatkowego okablowania. To redukuje koszty instalacji i skraca czas potrzebny na uruchomienie systemu, czyniąc te rozwiązania korzystnym wyborem dla właścicieli budynków, którzy potrzebują wiarygodnych danych do monitorowania dachu i podejmowania decyzji.

Autor: mgr inż. Izabela Daszek