Jak wybrać konstrukcję stalową dla hali przemysłowej

Rodzaje konstrukcji stalowych: ramowe, kratownicowe, modułowe.

Konstrukcje stalowe są najczęściej wykorzystywane w budowie hal przemysłowych. Konstrukcje te możemy podzielić na ramowe, kratownicowe oraz modułowe. Ramowe układy nośne są najczęściej wybierane dla typowej hali jednonawowej o rozstawie słupów 18-20 m. Przy większych szerokościach hali stosuje się układ kratownicowy jako główny układ nośny dachu. Przy dużej powtarzalności elementów konstrukcji stosuje się układy modułowe, które przyspieszą produkcję i ułatwią montaż na placu budowy. Dokładniejszy opis doboru odpowiedniego systemu konstrukcyjnego został zawarty w następnym akapicie.

Wybór odpowiedniego systemu konstrukcji stalowej dla hali

Hale stalowe są obecnie jednymi z najbardziej popularnych obiektów budowlanych. Są to ustroje nośne o bardzo dobrze poznanej strukturze i własnościach, które można dowolnie kształtować. Hale przemysłowe (np. produkcyjne lub magazynowe) cechują się tym, że bardzo często są one realizowany jako powtarzalne ramy jedno- lub wielonawowe. Ta powtarzalność jest dużą zaletą, ponieważ przyspiesza produkcję, ułatwia transport oraz montaż obiektu. Dobór odpowiedniego i najbardziej optymalnego systemu konstrukcji stalowej będzie uzależniony od kilku czynników. Pierwszą myślą jaka przychodzi zazwyczaj do głowy to wymiary hali. Faktycznie jest to jeden z najistotniejszych parametrów, który wpływa na przyjęty system konstrukcyjny. Przemysłowa hala stalowa zwykle jest ustrojem składającym się z ram płaskich, powtarzających się wielokrotnie w stałych rozstawach stanowiących długość hali. Kluczowy czynnik to rozpiętość nawy, czyli rozstaw słupów głównych. Nawy o rozpiętości 18-20 m projektuje się jako zespół słupów oraz dźwigarów dachowych wykonanych z profili pełnościennych walcowanych na gorąco (zwykle IPE, HEA, HEB). Taka hala będzie wymagała zaprojektowania sztywnych węzłów w jej narożach oraz przegubowego połączenia z fundamentem. Pozwala to na mniejsze zużycie stali oraz betonu potrzebnego na fundamenty. Hale przemysłowe o rozpiętościach nawy przekraczającej wspomniane 20 m projektuje się jako ramy o słupach utwierdzonych w stopach fundamentowych natomiast konstrukcję nośną dachu stanowią dźwigary kratownicowe. Zastąpienie rygla kratownicą prowadzi do lepszego stosunku masy konstrukcji do powierzchni hali. Kratownica jest układem zbudowanym z lekkich elementów prętowych, która może przenosić obciążenia nawet przy znaczących rozstawach podpór. Alternatywnie projekt hali stalowej może być wykonany z elementów dwuteowych spawanych czyli blachownic. Jest to rozwiązanie optymalnie wykorzystujące materiał stalowy, ale należy podkreślić, że zwiększają się wtedy koszty robocizny związane z produkcją słupów i rygli.

Rozstaw ram głównych jest kolejnym czynnikiem determinującym wybór systemu konstrukcji stalowej, a dokładniej sposobu projektowania płatwi dachowych. Dla typowej hali przy rozstawie ram rzędu 6-8 m elementy nośne dachu przyjmuje się jako dwuteowniki walcowane na gorąco IPE. Dla większych rozpiętości płatwie dachowe oblicza się jako układy kratownicowe wykonane zazwyczaj z profili zamkniętych RK i RO. Ostatnimi laty bardzo popularnym rozwiązaniem jest wykonywanie płatwi dachowych z profili giętych na zimno typu „zetownik”. Są to bardzo lekkie elementy, o grubości ścianki 1÷3 mm, możliwe do stosowania dla rozpiętości dochodzących nawet do 9 m.

Ustroje modułowe sprawdzą się w sytuacjach, gdzie rozstaw ram jest stały i nie przekracza 6 m, wysokość hali nie przekracza 5-6 m, a rozpiętość jest nie większa niż 20 m. Wtedy wszystkie elementy o bardzo dużej powtarzalności oraz dokładności dostarczane są na plac budowy jako gotowe prefabrykowane skręcane na placu budowy.

Zalety i ograniczenia poszczególnych systemów

Oczywistą sprawą jest to, że systemy stalowe posiadają ograniczenia, ale też predyspozycje do ich stosowania. Układy ramowe o ryglach pełnościennych sprawdzą się, jeśli rozstaw słupów głównych nie będzie przekraczał 18-20 m. Jest to zakres powyżej, którego Projektant powinien rozważyć zmianę głównego układu nośnego dachu na dźwigar kratownicowy. Decydując się na takie rozwiązanie należy pamiętać o wysokości konstrukcyjnej kratownicy, która zwykle mieści się w zakresie 1,6-2,2 m a tym samym zajmuje wewnętrzną przestrzeń hali. Konstrukcje stalowe modułowe sprawdzą się przy powtarzalnych, regularnych wymiarach oraz kształcie hali co pozwala na szybką prefabrykacje oraz montaż.

Jak dopasować konstrukcje do rodzaju działalności?

Hale przemysłowe produkcyjne zazwyczaj charakteryzują się tym, że ich długość znacznie przewyższa jej szerokość i wysokość. W takim przypadku sprawdzą się powtarzalne konstrukcje ramowe walcowane na gorąco lub spawane. Przy znacznej szerokości nawy trzeba zastosować ustroje kratownicowe aby uniknąć nadmiernych ugięć konstrukcji. Projekt hali stalowej magazynowej z regałami wysokiego składowania będzie zawierał elementy kratownicowe ze względu na duże obciążenia oraz możliwość wystąpienia suwnicy realizującej transport wewnętrzny w hali. System modułowy sprawdzi się przy niewielkiej wysokości hali o powtarzalnym rozkładzie słupów oraz ram głównych.