Projekt hali – czynniki wpływające na rozwiązania projektowe

Projektowanie hali stalowej jest żmudnym zadaniem, wymagającym od Projektanta dużej wiedzy oraz doświadczenia w tym zakresie. Jest wiele czynników, które wpływają na projekt hali stalowej. Są to aspekty, na które należy zwrócić szczególną uwagę przed przystąpieniem do tego procesu inwestycyjnego.

Podstawowym czynnikiem, który będzie wpływał na projekt hali jest jej przeznaczenie. Budownictwo przemysłowe ze względu na szeroki wachlarz branż determinuje różnego rodzaju projekty hal.  Hale magazynowe różnią się wysokością, która wynika z wysokości stanowisk do składowania towarów. Wyróżnia się hale niskiego-, średniego- oraz wysokiego składowania. Hale przemysłowe będą różniły się wymiarami oraz rozwiązaniami konstrukcyjnymi w zależności od gałęzi przemysłu. Projekt hali produkcyjnej będzie uwzględniał rodzaj produkcji w niej prowadzonej (wielkości maszyn, podesty serwisowe, transport wewnętrzny). Hale logistyczne będą wymagały dużej ilości ramp oraz doków do obsługi pojazdów.

Kształt oraz wymiary działki budowlanej, a także przestrzenny plan zagospodarowania terenu mogą wpływać bezpośrednio na ograniczenia wymiarów zewnętrznych obiektu. Inaczej będzie wyglądał projekt hali na wąskiej, ale długiej działce, a inaczej na działce o dużych wymiarach. Sąsiedztwo innych obiektów jest również czynnikiem, który może wpłynąć na bryłę projektowanej hali.

Konstruktor wykonujący projekt hali musi przyjąć obliczeniowy schemat statyczny. Hale stalowe są obiektami, dla których wystarczającym jest płaski, prętowy schemat statyczny. W większości przypadków są to schematy jednonawowe. Wyróżnia się 3 podstawowe schematy statyczne (o węzłach sztywnych, o dźwigarach przegubowo opartych na słupach, o słupach przegubowo połączonych z fundamentami). Każde rozwiązanie ma oczywiście swoje zalety i wady. Schemat o sztywnych węzłach będzie odpowiedni dla hal z suwnicami (zwłaszcza o dużym udźwigu), gdzie istotna jest sztywność konstrukcji wyrażona przez przemieszczenia wierzchołków słupów oraz ugięcia belek podsuwnicowych. Niestety charakteryzuje się on dużym zużyciem materiału, które niwelowane jest poprzez zastosowanie słupów i rygli o zbieżnych środnikach.

Projekt budynku handlowego o dużej rozpiętości (rozstawie słupów) będzie wykorzystywał drugi schemat. Dźwigar kratownicowy jest ustrojem nośnym, który właśnie w sposób przegubowy jest opierany na słupach. Zaprojektowanie dźwigara pełnościennego (IPE, HEB, HEA) jest w tym przypadku nieekonomiczne. Ramy o słupach przegubowo połączonych z fundamentami wymagają mniejszych fundamentów niż pozostałe, ale nie będą dobrym rozwiązaniem w sytuacji, gdy hala przemysłowa wyposażona jest w suwnicę. Analogiczne rozwiązania i połączenia będą odnoszone dla hal wielonawowych.

Bardzo istotnym aspektem wpływającym na rozwiązania projektowe jest transport wewnątrz hali, który generuje dodatkowe obciążenia na konstrukcję. Często o znacznych wartościach.  Przemieszczanie ładunków może odbywać się przy użyciu suwnic natorowych, suwnic i wciągników podwieszonych. Suwnice natorowe wymagają zaprojektowania belek jezdnych (belki podsuwnicowe). Dla transportu lekkiego belki oparte są na wspornikach słupów, a w przypadku dużego udźwigu suwnicy, słupy konstrukcji głównej projektowane są jako dwuczęściowe (do poziomu jazdy suwnicy słup jest rozbudowany). Oczywiście transport w hali może odbywać się bez ingerencji i powiązania z konstrukcją nośną. Wtedy wykorzystuje się wózki widłowe, taśmociągi czy suwnice bramowe. Natomiast trzeba podkreślić, że w tych przypadkach hala przemysłowa musi mieć odpowiednio zaprojektowaną posadzkę, uwzględniającą dodatkowe oddziaływania transportowe.

Kolejną sprawą, na którą należy zwrócić uwagę to odpowiedź na pytanie czy w przyszłości planowana będzie rozbudowa obiektu. Dla konstruktora jest to ważna informacja i ma wpływ na przyjęte rozwiązania konstrukcyjne. Jeśli rozbudowa nie jest planowana to ekonomicznie uzasadnione jest podparcie rygli ściany szczytowej słupami, co powoduje, że będą one wykonane z mniejszych profili niż wszystkie wewnętrzne rygle. Jeśli planujemy dodanie kolejnych ram, to zmniejszenie rygla ściany szczytowej będzie problematyczne. Utrudnieniem może być lokalizacja stężeń dachowych. Jeśli znajdą się one w skrajnym polu dachu, to przy rozbudowie może zajść konieczność ich przełożenia między wewnętrzne ramy. Ostatnią rzeczą, na którą trzeba zwrócić uwagę są przepisy ppoż. Projekt hali produkcyjnej będzie obejmował rozwiązania dostosowane do innych przepisów przeciwpożarowych (klasa odporności ogniowej) niż projekt budynku handlowego. Jest to związane z ilością osób, które mogą w danym momencie w nich przebywać. Rodzaj oraz ilość rzeczy, które mogą ulec zapłonowi też wpływa na klasyfikację pożarową hali przemysłowej.

Reasumując jest wiele czynników, które wpływają w istotny sposób na zawartość projektu hali i na przyjęte w nim rozwiązania konstrukcyjne.

Q&A

Jakie czynniki najbardziej wpływają na projekt hali stalowej?

  • Podstawowym czynnikiem wpływającym na projekt hali jest jej przeznaczenie, ponieważ różne branże determinują odmienne rozwiązania. Hale magazynowe różnią się wysokością zależną od stanowisk składowania, a projekt hali produkcyjnej uwzględnia rodzaj produkcji, wielkość maszyn i transport wewnętrzny. Hale logistyczne z kolei wymagają dużej liczby ramp i doków. Na projekt wpływają też kształt i wymiary działki oraz plan zagospodarowania terenu, bo inaczej projektuje się halę na wąskiej, długiej działce, a inaczej na komfortowo proporcjonalnej.Znaczenie ma również lokalizacja istniejących budynków sąsiednich działek i konieczność ewentualnego odsunięcia się od granic z nowoprojektowaną zabudową (zmniejszenie projektowanej powierzchni) lub wprowadzenie ściany oddzielenia pożarowego od strony zabudowy sąsiada (zwiększenie kosztu inwestycyjnego).

Jakie schematy statyczne stosuje się przy projektowaniu hal stalowych?

  • Dla hal stalowych zwykle wystarczający jest płaski, prętowy schemat statyczny, najczęściej jednonawowy. Wyróżnia się trzy podstawowe schematy: o węzłach sztywnych, o dźwigarach przegubowo opartych na słupach oraz o słupach przegubowo połączonych z fundamentami. Schemat o sztywnych węzłach sprawdza się w halach z suwnicami o dużym udźwigu, gdzie istotna jest sztywność konstrukcji, ale charakteryzuje się większym zużyciem materiału. Rozwiązanie z dźwigarem kratownicowym przegubowo opartym na słupach jest odpowiednie dla dużych rozpiętości. Ramy o słupach przegubowo połączonych z fundamentami wymagają mniejszych fundamentów, ale nie sprawdzają się w halach z suwnicą.

Jak transport wewnątrz hali wpływa na rozwiązania projektowe?

  • Transport wewnętrzny generuje dodatkowe, często znaczne obciążenia, które trzeba uwzględnić w projekcie konstrukcji. Przemieszczanie ładunków może odbywać się przy użyciu suwnic natorowych oraz suwnic i wciągników podwieszonych. Suwnice natorowe wymagają zaprojektowania belek podsuwnicowych, a przy dużym udźwigu słupy konstrukcji głównej projektuje się jako dwuczęściowe. Transport może też odbywać się bez powiązania z konstrukcją nośną, na przykład wózkami widłowymi, taśmociągami czy suwnicami bramowymi.Znając rodzaj transportu wewnętrznego i gabaryty urządzeń transportowych zatem potrzebną szerokość alejek transportowych będzie można zaprojektować odpowiednią rozpiętość siatki słupów i ilość rzędów z regałami.

Dlaczego przy projekcie hali warto uwzględnić przyszłą rozbudowę?

  • Informacja o planowanej w przyszłości rozbudowie jest dla konstruktora bardzo ważna i wpływa na przyjęte rozwiązania konstrukcyjne. Jeśli rozbudowa nie jest planowana, ekonomicznie uzasadnione jest podparcie rygli ściany szczytowej słupami, dzięki czemu można je wykonać z mniejszych profili. Gdy jednak planuje się dodanie kolejnych ram, takie zmniejszenie rygla ściany szczytowej staje się problematyczne. Utrudnieniem może być również lokalizacja stężeń dachowych, ponieważ jeśli znajdą się w skrajnym polu dachu, przy rozbudowie konieczne może być ich przełożenie między ramy wewnętrzne. Uwzględnienie tego założenia na etapie projektu pozwala uniknąć kosztownych zmian w przyszłości.

Jak przepisy przeciwpożarowe wpływają na projekt hali?

  • Przepisy przeciwpożarowe są jednym z kluczowych czynników wpływających na projekt; analizę kwestii pożarowych należy poczynić już na etapie koncepcji.Przeznaczenie obiektów wpływa na ich podział na: budynki mieszkalne, użyteczności publicznej charakteryzowane kategorią zagrożenia ludzi (ZL), na budynki produkcyjno-magazynowe (PM) oraz na budynki inwentarskie (IN). Powyższe przyporządkowanie budynku wraz z jego wysokością i gęstością obciążenia ogniowego (na którą ma wpływ kategoria magazynowanego materiału) ustanowią odpowiednią, jedną z pięciu klas odporności pożarowej (A, B, C, D, E). Każda z powyższych klas odporności pożarowej narzuca odpowiednią klasę odporności ogniowej dla elementów budynku jakimi są: główna konstrukcja nośna, konstrukcja dachu, strop, ściany i przykrycie dachu.Powierzchnia, kubatura budynku, ilość użytkowników hali narzucają konieczność dobrania każdorazowo odpowiedniej ilości form ochrony pożarowej (zewnętrznej: drogi pożarowe, ilość hydrantów zewnętrznych/ pojemność zbiornika wody pożarowej i wewnętrznej: ilość hydrantów wewnętrznych, systemu sygnalizacji pożaru (SSP), stałych samoczynnych urządzeń gaśniczych wodnych, stałych samoczynnych urządzeń oddymiających, dźwiękowego systemu ostrzegania).Znaczenie ma również lokalizacja istniejących budynków sąsiednich działek i konieczność ewentualnego odsunięcia się od granic z nowoprojektowaną zabudową co może wpłynąć na zmniejszenie planowanej powierzchni zabudowy nowego budynku, a jeśli większa powierzchnia jest kluczowa dla inwestora wtedy konieczne jest wprowadzenie ściany oddzielenia ppoż. od strony sąsiedniej działki; ściana oddzielenia ppoż. powiększy koszt inwestycyjny.