Czym są stężenia w halach stalowych i jakie jest ich zadanie?

Stężenia w halach stalowych są bardzo istotnym elementem projektowym. Są to zazwyczaj elementy o niedużej masie, które spełniają szereg ważnych zadań. Podstawową rolą stężeń stalowych jest zapewnienie stabilności hali jako całości. Jest to spowodowane tym, że typowe hale stalowe projektowane są jako przegubowo połączone z fundamentami. Oznacza to, że występuje niedostatek sztywności konstrukcji w kierunku prostopadłym do  płaszczyzny ramy głównej. To właśnie układ stężający odpowiada za podparcie konstrukcji hali w kierunku podłużnym. Należy przy tym podkreślić, że układ stężający to nie tylko, najczęściej stosowane, stężenia typu „X”, które widzimy na dachu. Jest to połączenie kilkunastu elementów, które łącznie spełniają wspomnianą rolę usztywniającą. Dokładna charakterystyka poszczególnych typów stężeń zostanie omówiona w kolejnym akapicie. Wracając do zagadnienia roli stężeń należy zaznaczyć, że są one odpowiedzialne za przejmowanie oddziaływań wiatru wiejącego na ścianę szczytową i sprowadzają je następnie aż do fundamentu. Jest to szczególnie ważna rola w przypadku, gdy hale przemysłowe są znacznych wysokości. Wtedy parcie wiatru na ścianę szczytową jest znaczące. Stężenia hal stalowych odpowiednio umiejscowione oraz zaprojektowane mogą znacząco zmniejszyć masę całej konstrukcji hali. Dzieję się tak dlatego, że poprawiają one warunki „pracy” słupów, rygli oraz płatwi dachowych hali. Doświadczony projektant potrafi zminimalizować ciężar obiektu przemysłowego poprzez odpowiednie wykorzystanie układu stężającego. Dachowe stężenia hal stalowych potrafią redukować imperfekcje konstrukcyjne rygla dachowego. Przy znacznych oddziaływaniach przekazanych na rygiel dachowy ma on tendencję do utraty swojej osiowości. W takiej sytuacji stężenia dachowe podpierają dźwigar eliminując to zjawisko. Dodatkowo poprawnie zaprojektowany układ stężający mocno zmniejsza przechył słupów głównych hali stalowej. Zatem jakie są zasady kształtowania stężeń hali przemysłowej? Dobrą praktyką jest umiejscowienie tężnika połaciowego poprzecznego (czyli stężenia dachowego) w przedostatnich polach hali.

Jest kilka powodów takiego rozwiązania:

  1. W przypadku rozbudowy hali nie ingerujemy w układ stężeń, które nie są połączone z ostatnią ramą.
  2. W ścianie szczytowej, dodatkowo podpartej przez słupy ściany szczytowej, występuje mniejszy rygiel niż w ramach wewnętrznych.

Zatem jakie profile przyjmuje się na pręty stężenia. W typowej hali przemysłowej, w której nie występują suwnice stosuje się pręty okrągłe, pełnie D16-D25. Są to pręty wiotkie, które mogą przenosić tylko siły rozciągające. W sytuacji, gdy transport w hali realizowany jest za pomocą suwnic, stężenia należy wykonać z rur okrągłych, kwadratowych lub prostokątnych. Dzieje się tak dlatego, że suwnica podczas przejazdów generuje siły zarówno rozciągające jak i ściskające, które wielokrotnie się zmieniają. Pręty okrągłe szybko uległyby wydłużeniu i wymagałyby częstego napinania.

Wykonanie stężeń w przedskrajnych polach ułatwia prefabrykację tych elementów ze względu na zgodność profili rygli wewnętrznych.

Oczywiście dwa pola stężeń nie spełnią swojej roli w każdym przypadku. Obiekty przemysłowe o długościach przekraczających 70-80m wymagać będą dodatkowego wewnętrznego pola stężeń.

Najpopularniejsze stężenia występujące w halach stalowych

W typowej hali stalowej można wyróżnić kilka typów stężeń. Każde odgrywa istotną rolę w przenoszeniu oddziaływa obiektu przemysłowego:

  • tężnik połaciowy poprzeczny są to pręty w kształcie litery „X”, które znajdują się na dachu  hali. Odpowiada on za stabilizację hali w kierunku podłużnym
  • tężnik pionowy ścienny to również pręty okrągłe umiejscowione w ścianach hali w tych samych polach co tężnik połaciowy poprzeczny. Podobnie jak wcześniejszy tężnik stabilizuje on halę względem dłuższego jej wymiaru
  • tężnik pionowy dachowy (kalenicowy) jest to element, który stabilizuje bocznie kratownicowy układ nośny konstrukcji. Występuje on w okolicy kalenicy wzdłuż całej hali. Wykorzystywane w halach o dużej rozpiętości, w których konstrukcję dachu stanowią dźwigary kratownicowe
  • tężnik połaciowy okapowy to pręty w układzie „X”, które zlokalizowane są wzdłuż okapów hali. Jest to element wykorzystywany zwłaszcza w przypadku wysokich hal, które przenoszą znaczne obciążenia od wiatru wiejącego na dłuższy bok konstrukcji
  • tężnik ściany szczytowej to pręty „X” umiejscowione między słupami ściany szczytowej. Odpowiadają one za sztywność całej ściany szczytowej
  • tężnik przeciwskrętny rygla dachowego jest to tzw. zastrzał podpierający pas dolny rygla

Należy zaznaczyć, że płatwie dachowe mimo iż nie są określane stężeniami, to również pełnią istotną rolę usztywniającą konstrukcję hali. Wszystkie wymienione rodzaje stężeń tworzą łącznie układ stężający hali stalowej. Rolą projektanta jest odpowiednie umiejscowienie, określenie kształtu, wymiarów i oczywiście przekrojów prętów stosowanych na stężenia.