Czym jest „trwałość” konstrukcji stalowych?
Z definicji encyklopedycznej ”trwałość” to zdolność obiektu do zachowania stanu przydatności do użytkowania i określona jest ona dla założonych warunków jego eksploatacji.
Bez wątpienia trwałość jest funkcją czasu, ponieważ jest ściśle połączona z okresem użytkowania obiektu. Norma PN-EN 1990: Eurokod 0 – Podstawy projektowania konstrukcji stanowi, że konstrukcję należy zaprojektować i wykonać w taki sposób, aby w zamierzonym okresie użytkowania, z należytym poziomem niezawodności i bez nadmiernych kosztów:
- przejmowała wszystkie oddziaływania i wpływy podczas jej wykonania i użytkowania,
- pozostała przydatna do przewidzianego użytkowania.
Obecne normy do projektowania (Eurokod) wykorzystują metodę stanów granicznych dla zrealizowania powyższych dwóch postulatów. Metoda ta wykorzystuje współczynniki częściowe w celu zapewnienia odpowiedniego poziomu bezpieczeństwa konstrukcji.
Metoda stanów granicznych pozwala zapewnić odpowiednią:
- nośność konstrukcji – wytrzymałość, czyli zdolność do przenoszenia obciążeń (w tym obciążeń związanych z pożarem konstrukcji),
- użytkowalność – czyli odpowiednią sztywność konstrukcji zapobiegającą nadmiernym jej ugięciom i przechyłom.
Zatem konstrukcję należy zaprojektować tak, aby jej nośność i użytkowalność były odpowiednie, w przewidzianym w projekcie, okresie użytkowania. Czas ten obejmuje fazę projektu, wykonawstwa oraz eksploatacji. Widzimy zatem, że należyta trwałość jest efektem „współdziałania” wszystkich uczestników procesu projektowego. Niezawodność konstrukcji, ściśle przecież związana z jej trwałością, jest określona przez projektanta, a realizowana przez wytwórcę konstrukcji i utrzymywana na odpowiednim poziomie przez jego użytkownika. Konstrukcja stalowa hali powinna być tak zaprojektowana, aby na skutek takich czynników jak: uszkodzenie, wybuch, uderzenie czy ludzkie błędy, nie została uszkodzona w sposób nieproporcjonalnie duży do przyczyny początkowej.
Zapobieganie powstawaniu uszkodzeń jest zazwyczaj realizowane poprzez:
- dobór układu konstrukcyjnego o małej wrażliwości na ewentualne zniszczenia pojedynczego elementu lub części konstrukcji (przyjmowanie statycznie niewyznaczalnych schematów statycznych, co pozwala na redystrybucję sił wewnętrznych w elementach oraz na przejęcie oddziaływań przez elementy o większej sztywności),
- unikanie ustrojów konstrukcyjnych, które mogą ulec zniszczeniu bez uprzedniego ostrzeżenia (unikanie schematów statycznie wyznaczalnych za wyjątkiem obiektów projektowanych na terenach szkód górniczych, gdzie preferowane są odkształcalne schematy statyczne, unikanie połączeń stalowych, których zniszczenie występuje poprzez zerwanie śrub),
- wzajemne połączenie elementów konstrukcji w jedną całość.
Okres użytkowania hal stalowych
Zgodnie z PN-EN 1990 budynki o konstrukcji stalowej zakwalifikować należy do czwartej grupy projektowego okresu użytkowania. Orientacyjny okres eksploatacji takich obiektów to 50 lat. Do tej grupy zaliczymy oczywiście hale przemysłowe stalowe czy też hale magazynowe stalowe. Należy jednak zadać sobie pytanie, czy po tych 50 latach hala stalowa ulegnie awarii lub zawaleniu? Jest to scenariusz możliwy, chociaż bardzo mało prawdopodobny. Hale i konstrukcje stalowe zalicza się do obiektów niemieszkalnych z dachem o konstrukcji stalowej. Oznacza to, że przy poprawnie wykonanym projekcie, starannie wykonanej prefabrykacji elementów, zachowaniu zaleceń technicznych oraz odpowiedniej, rozsądnej eksploatacji okres użytkowania hali stalowej można szacować na 80-100 lat.
Od czego zależy trwałość hali stalowej?
Zgodnie z PN-EN1990 aby zapewnić trwałość hali stalowej należy uwzględniać:
- zamierzone lub przewidywane użytkowanie konstrukcji,
- wymagane kryteria projektowe,
- oczekiwane warunki środowiskowe,
- skład, właściwości i zachowanie się materiałów i wyrobów,
- właściwości gruntu, na którym posadowiono obiekt,
- rodzaj ustroju konstrukcyjnego,
- kształt elementów i szczegóły konstrukcyjne,
- jakość wykonania i poziom kontroli,
- szczególne środki zabezpieczające,
- zamierzone utrzymanie w projektowym okresie użytkowania.
Konstrukcje stalowe hal są szczególnie narażone na działanie korozji. Dlatego tak istotny wpływ na trwałość hali stalowej ma stosowanie środków zapobiegawczych (stosowanie powłok ochronnych, stosowanie stali trudno rdzewiejących lub odpornych na korozję). Ponadto projekt obiektu takiego jak stalowa hala magazynowa wyposażona w suwnice, jako środek transportowy, powinien uwzględniać trwałość zmęczeniową. Szczególnie istotną rzeczą w kontekście nie tylko trwałości, ale również niezawodności konstrukcji jest przyjęcie odpowiednich warunków kontroli i utrzymania.
Na etapie projektu norma PN-EN 1990 wyróżnia trzy poziomy nadzoru (DSL):
- rygorystyczny (DSL3) – sprawdzanie projektu przez inną jednostkę projektową,
- normalny (DSL2) – weryfikacja w oparciu o obowiązujące normy, których procedury zapewniają odpowiedni poziom niezawodności,
- liberalny (DSL1) – sprawdzanie przez autora projektu.
Na etapie wykonawstwa norma mówi o trzech poziomach inspekcji (IL):
- inspekcja zaostrzona (IL3) – inspekcja przez stronę trzecią,
- inspekcja normalna (IL2) – inspekcja zgodna z procedurami jednostki wykonawczej,
- inspekcja liberalna (IL1) – autoinspekcja.
Jak widzimy należyta trwałość konstrukcji jest wynikiem wielu kontroli i weryfikacji obejmujących cały proces projektowy od etapu koncepcji, aż do fazy eksploatacji obiektu.
