Budownictwo przemysłowe niewątpliwie należy do gałęzi przemysłu wykorzystującego technologie, sprzęty i materiały często wysoce wyspecjalizowanego zastosowania. Procesy budowlane są przez to kosztowne a materiały budowlane zużywane są w bardzo dużych ilościach. W złożoności całego zamierzenia jakim jest budowa hal przemysłowych łatwo jest więc o poniesienie dużych, często nadmiernych kosztów. Istotnym elementem zatem wydaje się optymalizacja kosztów budowy obiektu.

Pod pojęciem optymalizacji rozumieć należy metodę wyznaczania rozwiązania będącego tak zwanym „optymalnym” z punktu widzenia przyjętej funkcji celu. Rozwiązaniem optymalnym jest takie, które minimalizuje lub maksymalizuje przyjętą funkcję celu. Funkcji celu może być wiele i w zagadnieniu optymalizacji można poszukiwać ekstremum wielu funkcji jednocześnie (optymalizacja wielokryterialna). Tekst poświęcony jest w dalszej jego części jednokryterialnej optymalizacji kosztów budowy hali, w której to funkcją celu jest osiągnięcie minimum ponoszonych kosztów przy założeniu spełnienia pewnych warunków brzegowych jakimi są funkcje użytkowe czy ogólniej „oczekiwania inwestora”. Omówione zostaną pewne składowe i charakterystyki hal stalowych, które mogą zostać dostosowane tak aby przeprowadzić optymalizację kosztów budowy a więc zbliżyć się do rozwiązania optymalnego (czyli minimum naszej funkcji celu – ponoszonych kosztów). O ile w przypadku analiz teoretycznych optymalizacja często związana jest z poszukiwaniem rozwiązania ścisłego w oparciu o formuły analityczne, o tyle w przypadku projektowania hal przemysłowych optymalizacja sprowadza się do iteracyjnego poszukiwania rozwiązań zbliżających się do szukanego ekstremum. Z tego właśnie powodu, że optymalizacja kosztów budowy hali jest częściowo zadaniem iteracyjnym, warto zwrócić się do firmy mającej duże doświadczenie w budowie obiektów przemysłowych, gdyż nabyta wraz z doświadczeniem wiedza pozwala na wybranie lepszego „punktu startowego” w iteracyjnym poszukiwaniu rozwiązania optymalnego. Jak wiadomo, powszechnym problemem jest brak możliwości znalezienia rozwiązania optymalnego z powodu źle wybranego punktu startowego.

Właściwa geometria konstrukcji pierwszorzędowej

Hala przemysłowa może ulec optymalizacji z uwagi na zastosowane rozwiązania konstrukcyjne. Pierwszym krokiem do właściwej optymalizacji kosztów budowy hali jest właściwy dobór pierwszorzędowej konstrukcji nośnej względem przeznaczenia obiektu. Jednonawowe lub wielonawowe hale stalowe, w których rozpiętość pomiędzy nawami nie przekracza 20m a wysokość 10m, warto zazwyczaj zaprojektować jako ustroje blachownicowe. Świadome projektowanie konstrukcji blachownicowych, w tym właściwe projektowanie połączeń pomiędzy elementami ramy,  poparte odpowiednią wiedzą techniczną i doświadczeniem prowadzi do wymuszenia w konstrukcji pewnego przebiegu i rozkładu sił w ustroju konstrukcyjnym. Znając rozkład i przebieg sił wewnętrznych można projektować ramy blachownicowe jako profile o zmiennej wysokości środnika (profile zbieżne) aby konstrukcja miała dużą nośność i sztywność tylko tam, gdzie jej potrzebuje – w miejscach występowania dużych sił. Odpowiednio w miejscach występowania mniejszych sił, profile są niższe a przy tym lżejsze. W wyniku takiego projektowania do wykonania ram blachownicowych zużywa się mniej stali co prowadzi do zmniejszenia kosztów produkcji elementów. Dla kontrprzykładu warto dodać, że w halach magazynowych, w których istotne z uwagi na schemat zagospodarowania powierzchni jest osiągnięcie dużych rozpiętości konstrukcyjnych (dużych rozstawów słupów – przekraczających 20m), warto rozważyć wykonanie dźwigarów kratownicowych zamiast blachownic. Kratownice z uwagi na małą ilość elementów nośnych względem pustych przestrzeni charakteryzują się znakomitą sztywnością i odpowiednią nośnością przy zachowaniu znakomitej sztywności – z tego powodu rekomendowane są do konstrukcji o dużej rozpiętości. Warto dodać, że konstrukcje kratownicowe uznawane są za optymalne, gdy są odpowiednio wysokie w stosunku do ich rozpiętości, tak więc na przykład prawdopodobnym jest, że kratownica o długości 20.0m powinna być wyższa niż około 1.40m. Warto mieć to na uwadze, planując w szczególności budowę niskiej hali stalowej.

Wykorzystanie konstrukcji drugorzędowej

Kolejnym aspektem optymalizacji kosztów budowy hali jest wykorzystanie innych elementów towarzyszących konstrukcji głównej, których udział w ogólnej bezpiecznej pracy konstrukcji jest konieczny na przykład z uwagi na stworzenie możliwości dalszego odizolowania wnętrza budynku od środowiska zewnętrznego. Za przykład służyć mogą w przypadku hal blachownicowych płatwie stalowe. Omawiane w poprzednim podrozdziale blachownice są ustrojami, które wykazują znaczącą sztywność w swojej płaszczyźnie, jednakże prostopadle do swojej płaszczyzny są wielokrotnie bardziej wiotkie/chwiejne. Płatwie stalowe w halach stalowych powszechnie wykorzystuje się nie tylko jako element podpierający blachę trapezową poszycia dachu, ale jako element podpierający właśnie główne ramy blachownicowe przed utratą równowagi ogólnej w kierunku prostopadłym do ich płaszczyzny.   Odpowiedni dobór gabarytów płatwi stalowych oraz ich rozstawu pozwala zoptymalizować nie tylko ciężar samych płatwi, ale realnie wpływa na ciężar konstrukcji blachownicowej oraz grubość blachy trapezowej. Tym samym odpowiedni dobór płatwi stalowych prowadzi do optymalizacji kosztów wykonania konstrukcji pierwszorzędowej (blachownic), drugorzędowej (płatwi) oraz poszycia dachu (blachy trapezowej).

Kolejnym z przykładów jest właściwy dobór blach trapezowych w konstrukcjach o dźwigarach kratownicowych. Poszycie dachu blachą trapezową nie tylko stwarza możliwość wykonania izolacji termicznej i przeciwwodnej dachu ale również może stanowić pół-sztywną tarczę w połaci dachu wywołującą pewien efekt stabilizacji kratownic przed utratą równowagi.

Uwzględnianie tego typu korzystnych efektów współpracy elementów pierwszo- i  drugorzędowych, oraz nawet elementów poszycia dachu przyczynia się do ogólnej optymalizacji kosztów budowy hali.

Optymalizacja rozwiązań związanych z bezpieczeństwem osób i ochroną przeciwpożarową

W przypadku magazynowych obiektów wielkopowierzchniowych czy obiektów produkcyjnych warto mieć na uwadze, jak ogromne oszczędności potrafi przynieść na etapie budowy odpowiednie dobranie rozwiązań związanych z ochroną przeciwpożarową na etapie projektowania.

Istotnym aspektem jest dobór odpowiedniej wysokości składowania. Przekroczenie pewnych wysokości składowania wiąże się ze wzrostem obciążenia ogniowego na jednostkę powierzchni obiektu/strefy pożarowej i zaostrzeniem wymogów ochrony przeciwpożarowej. Konieczność wykonania instalacji tryskaczowej jest niezwykle kosztownym przedsięwzięciem. Jedną z alternatywnych metod zapewnienia dostatniej ochrony przeciwpożarowej obiektu jest wydzielenie mniejszych części magazynu, stanowiących odrębne strefy pożarowe, w których każda z nich, nie wymaga wykonania instalacji tryskaczowej. Często zdarza się, że wydzielanie stref pożarowych okazuje się nieporównywalnie tańsze od wykonywania instalacji tryskaczowej, jednakże musi być rozważone wspólnie z aspektem wygody użytkowania i logistyki transportu wewnątrz obiektu.

Optymalizacja kosztów budowy hali

Aspektów redukowania i optymalizacji kosztów budowy hali jest bardzo dużo. Nie wszystkie aspekty mogą zostać na równi wymienione w tak krótkim tekście. Wspólnym mianownikiem wszystkich aspektów optymalizacji kosztów budowy jest wybór doświadczonego wykonawcy, który dzięki nabytej wiedzy wskaże istotne aspekty techniczne przekładające się na koszt budowy hali przemysłowej.

Polecamy: Budownictwo przemysłowe – generalne wykonawstwo w zakresie realizacji inwestycji budowlanych