Rodzaje kratownic stalowych
Kratownica to ustrój prętowy, który składa się z pasa górnego, pasa dolnego oraz skratowania w postaci słupków oraz krzyżulców. Skratowanie łączy ze sobą pas górny i dolny. Projektowanie kratownic polega na optymalnym doborze profili jej prętów w celu uzyskania możliwie największej nośności oraz sztywności. Pas górny zwykle projektuje się z dwuteowników szerokostopowych HEA lub HEB. Jest to związane z łatwością oparcia płatwi na kratownicy. Pasy dolne wykonuje się również profili HEA lub HEB, ale można również zastosować profile zamknięte (rury kwadratowe, rury prostokątne). Skratowanie (słupki i krzyżulce) wygodnie jest zaprojektować z profili zamkniętych okrągłych lub kwadratowych.
Konstrukcja kratownicy związana jest ściśle z jej rozpiętością oraz jej wysokością. Przyjmuje się, że optymalna wysokość kratownicy wynosi 1/6 do 1/12 jej rozpiętości.
Ze względu na liczbę płaszczyzn, w których występują pręty nośne, można wydzielić dwa podstawowe rodzaje kratownic stalowych:
- płaskie (osie wszystkich prętów leżą w jednej płaszczyźnie) ,
- przestrzenne (osie prętów leżą w trzech lub więcej płaszczyznach).
Należy dodać, że kratownice przestrzenne można analizować jak zestaw kratownic płaskich.
Skupiając się na ustrojach płaskich można wyszczególnić różne rodzaje kratownic stosując jako kryterium podziału geometryczny układ jej prętów oraz kształt połaci dachowej:
- kratownice o pasach równoległych (dachy jednospadowe lub płaskie),
- kratownice trójkątne (dachy dwuspadowe),
- kratownice dwutrapezowe (są to najczęściej stosowane kratownice dachowe stalowe),
- kratownice paraboliczne (konstrukcje mostowe).
Kratownice stalowe można również podzielić ze względu na typ skratowania:
- kratownica typu N (występują słupki i krzyżulce),
- kratownica typu V (tylko krzyżulce),
- kratownica typu W (powstaje przez dodanie słupków do kratownicy typu V),
- kratownica typu X (słupki i krzyżulce),
- kratownica typu K (słupki i krzyżulce).
Kratownice stalowe dachowe są najbardziej rozpowszechnioną grupą kratownic. Pozwalają one na pokonanie dużych odległości bez konieczności stosowania dodatkowych słupów podporowych. Kratownica w hali jest głównym (obok słupów) elementem nośnym i stanowi podparcie dla płatwi oraz elementów poszycia dachowego. Różne rodzaje kratownic płaskich wynikają z potrzeby dopasowania połaci dachowej, spadku dachu, potrzeby poprowadzenia instalacji czy zapewnienia odpowiedniej wysokości hali.
Kratownica idealna to taka, w której osie prętów skratowania oraz pasów przecinają się w tym samym punkcie (bez mimośrodów), a obciążenia przekazywane są dokładnie w węzłach jako siły skupione. Oznacza to, że w prętach pojawiają się jedynie siły osiowe, bez momentów zginających oraz sił tnących. Oczywiście w rzeczywistości te dwie dodatkowe siły, nawet o nieznacznych wartościach, będą występowały chociażby za sprawą ciężaru własnego konstrukcji.
Zastosowanie kratownic w budownictwie
Zastosowanie kratownic w budownictwie jest bardzo szerokie. Jest to związane z dużą łatwością nadawania im dowolnych form geometrycznych. Stosowane są różne rodzaje kratownic stalowych, które możemy podzielić ze względu na kształt obrysu, schemat statyczny czy sposób skratowania. Kratownice płaskie stosowane są jako dźwigary dachowe, rygle ram, podciągi. Kratownica płaska rzadziej jest stosowana jako płatew dachowa.
Kratownice przestrzenne wykorzystywane są jako słupy wysokiego napięcia, wieże i maszty radiowe i telewizyjne. Kratownica z przegubem stosowana jest w energetyce w postaci estakady przenośników taśmowych. Kratownica przestrzenna może być również stosowana jako rozbudowany słup dwu-, trzy- lub nawet czterogałęziowy.
Kratownica żelbetowa jest ustrojem zdecydowanie mniej rozpowszechnionymi w budownictwie przemysłowym niż kratownice stalowe. Jednak ze względu na bardzo wysoką trwałość oraz nośność, a także poziom odporności ogniowej kratownice żelbetowe znajdują zastosowanie w budownictwie wysokim czy mostownictwie.
Zastosowanie kratownic stalowych jest tak powszechne również ze względu na szybki i łatwy ich montaż.
Ceny kratownic stalowych
Ceny kratownic stalowych zależą od bardzo wielu czynników. Podstawowym elementem wpływającym na cenę kratownic jest gatunek zastosowanej stali oraz profile użyte jako elementy kratownicy. Oczywistym jest, że zastosowanie gatunku o wyższej wytrzymałości (np. S355) będzie wiązało się z większymi kosztami, niż wykonanie tego samego elementu ze stali „słabszej” (np. S235). Podobnie wybierając skratowanie z profili okrągłych zamkniętych możemy uzyskać niższą cenę niż wykonując ten sam element konstrukcji kratownicy z rur kwadratowych czy prostokątnych. Wynika to bezpośrednio z ceny kilograma stali danego gatunku oraz ceny danego profilu.
Odrębną grupę czynników wpływających na koszty wytworzenia kratownicy jest sama budowa kratownicy, a dokładniej mówiąc jej geometria. Kratownica stalowa o pasach równoległych jest ekonomicznie uzasadniona ze względu na fakt, że wszystkie słupki i krzyżulce są tych samych długości. Ujednolica to trasowanie, docinanie, spawanie, a także kształtowanie węzłów. Również wybór typu skratowania może wpływać na koszt wykonania kratownicy. Skratowanie typu N jest korzystnym rozwiązaniem, ponieważ dłuższe pręty (krzyżulce) są rozciągane, natomiast krótsze pręty (słupki) są ściskane. Ma to wpływ na zużycie materiału. Skratowanie typu V cechuje się prostotą kształtowania węzłów oraz powtarzalnością krzyżulców, co obniża cenę prefabrykacji.
Należy zaznaczyć, że budownictwo przemysłowe jest obszarem, w którym kratownice stalowe są szczególnie często wykorzystywane ze względu na występujące stosunkowo duże obciążenia oraz rozpiętości przekraczające bardzo często umowną granicę wynoszącą 20 m. Zakłada się, że powyżej rozpiętości 20 m konstrukcje stalowe kratownic mają lepszy stosunek masy do nośności, niż belki blachownicowe.
