Jak usztywnić wiatę, żeby nie wywrócił jej wiatr?

Konstrukcja najprostszej wiaty wykonana jest z drewnianych krawędziaków i belek oraz przykryta dwuspadowym dachem. Końców ich słupów nie zagłębia się  w gruncie, bo nawet zabezpieczone impregnatem szybko by zgniły. Mocuje się je zazwyczaj w metalowych stopach, które albo są wbijane w ziemię, albo osadzane w niskich, betonowych ścianach fundamentowych. Zamiast takich ścian można też pod każdy słup wykonać niewielką stopę betonową .

Dzięki takiemu zamocowaniu, drewniane słupy nie mają bezpośredniego kontaktu z gruntem, ale też nie są sztywne i w trakcie montażu wiaty trzeba je podpierać ukośnymi deskami, żeby się nie wywróciły.

Na końcach słupów układa się poziome belki, zwane płatwiami lub oczepami. Łączy się je ze słupami za pomocą metalowych łączników na śruby lub wkręty. Na nich dopiero układa się konstrukcję dachu, składającą się przeważnie z prostych trójkątnych wiązarów.

Taka konstrukcja, zbudowana jedynie ze słupów i belek, nie miałyby jednak wystarczającej sztywności i złożyłaby się pod wpływem nawet niewielkiego wiatru. Aby ją od tego uchronić, należy usztywnić ją przynajmniej w niektórych miejscach (polach).

Pochwała trójkąta

Podobno wynalezienie koła było milowym krokiem w rozwoju cywilizacji. Historia techniki, ani tym bardziej ludzkości chyba nie odnotowała, kto odkrył, że trójkąt jest geometrycznie niezmienny, choć należy podejrzewać o to starożytnych Greków. Jedno jest w każdym razie pewne – dla sztywności  nie tylko konstrukcji wiaty trójkąt ma ogromne znaczenie (Fot. 1).

Fot. 1 – Narożnik wiaty usztywniony ukośnymi zastrzałami nie tylko w płaszczyznach pionowych, ale i poziomej

Drewniane skratowanie

Jeżeli w ramę, składająca się z dwóch słupów i dwóch poziomych belek (Rys. 1), wstawimy po przekątnej ukośny drewniany element, nazywany zastrzałem, to geometria naszej konstrukcji nie zmieni się, gdy obciążenie poziome przyłożymy w miejscu, w którym spotykają słup, belka i zastrzał. Ten ostatni jest bowiem wtedy ściskany i nie pozwoli na odkształcenie całej ramy.

Rys. 1 – Sztywność ramy zapewniona przez zastosowanie drewnianych zastrzałów

Tak już nie będzie, jeśli w podobny sposób obciążymy ramę z drugiej strony – pod wpływem poziomego obciążenia oba słupy się pochylą, a zastrzał po prostu z niej wypadnie.

Nie stanie się tak jedynie wtedy, gdy zastrzał przykręcimy do jednego słupa śrubami dołem, a do drugiego – górą. Wtedy nasza konstrukcja nie będzie zmieniała swojego kształtu, bez względu na to, z której strony wieje wiatr.

Podobny efekt moglibyśmy osiągnąć wkładając w ramę dodatkowy zastrzał wzdłuż drugiej przekątnej – odbyłoby się to jednak kosztem zużycia większej ilości drewna niż poprzednio.

Metalowe ściągi

Drewnianą ramę możemy również usztywnić bez stosowania drewnianych zastrzałów. Wystarczy, że zamiast nich zastosujemy wzdłuż obu przekątnych wiotkie, metalowe ściągi (Rys. 2). Gdy poziome obciążenie przyłożymy do ramy, tak jak poprzednio, w jej prawym górnym rogu, to nie zmieni ona swojego kształtu, ale zawdzięczać będziemy to, nie ściągowi zamocowanemu w miejscu przyłożenia siły, ale temu drugiemu, który jest wtedy rozciągany.

Odwrotnie będzie oczywiście wtedy, gdy poziomą siłę przyłożymy z drugiej strony. Geometria ramy też się nie zmieni, ale będzie ona zawdzięczać to ściągowi, który jest rozpięty wzdłuż bardziej oddalonej przekątnej.

Jak z tego widać, wystarczy skratować ramę dwoma wiotkimi ściągami, by stała się ona geometrycznie niezmienna i odporna nie tylko na pionowe, ale i poziome obciążenia.

Rys. 2 – Geometryczna niezmienność drewnianej ramy uzyskana przez zastosowanie dwóch wiotkich ściągów metalowych

Usztywnienie wiaty

Usztywnienie za pomocą ściągów warto zastosować dla zapewnienia geometrycznej niezmienności wiaty na samochód (Rys. 3). Jest to bowiem sposób niedrogi i łatwy do wykonania oraz niewymagający stosowania długich elementów drewnianych na zastrzały.

Rys. 3 – Tak usztywniona konstrukcja wiaty, składająca się ze słupów i poziomych belek, będzie odporna nawet na silne podmuchy wiatru

Tylną ścianę trzeba usztywnić oczywiście za pomocą dwóch ściągów, ale już boczne ściany wiaty, składające się z kilku słupów, wystarczy usztywnić tylko w jednym polu (oczywiście każdą z nich), by wiata była odporna na podmuchy wiatru wzdłuż swojej osi. Na rysunku usztywnione ściągami są pola przyległe do tylnej ściany, ale dla zapewnienia geometrycznej niezmienności całej wiaty, można usztywnić dowolne pola w każdej ze ścian i nie muszą się one znajdować naprzeciwko siebie.

Ponieważ wjazdu do wiaty nie można z oczywistych powodów usztywnić ściągami, warto połączenia bocznych słupów z belką znajdującą się nad wjazdem wzmocnić za pomocą zastrzałów, zwanych w tradycyjnym ciesielstwie mieczami (Fot. 2).

Fot. 2 – Dzięki zastosowaniu ukośnych zastrzałów, zwanych mieczami, połączenie słupa z poziomymi belkami staje się geometrycznie niezmienne

Uwaga! Ponieważ w stali, z której wykonywane są ściągi występuje zjawisko relaksacji, trzeba co pewien czas je naciągnąć za pomocą śruby rzymskiej. W przeciwnym razie spadnie w nich siła naciągu, zaczną być luźne i przestaną usztywniać konstrukcję wiaty.