Schemat statyczny a koszt hali stalowej

Problem doboru schematu statycznego oraz jego wpływu na koszt budowy hali stalowej jest zagadnieniem bardzo szerokim i wymagającym dużej wiedzy z zakresu mechaniki budowli, nie mniej jednak, warto znać najprostsze zagadnienia dotyczące tego problemu. 

Najprościej mówiąc schemat statyczny stanowi pewne odzwierciedlenie sposobu wzajemnych połączeń elementów oraz opisuje sposób w jaki będzie się zachowywać pod wpływem przyłożonych do niej obciążeń. 

Pozwala on na określenie najbardziej wytężonych miejsc, dobór odpowiednich przekrojów oraz wyznaczenie przemieszczeń ( ugięć, przesuwów) konstrukcji które podlegają ściśle określonym w normach ograniczeniom. W zależności od przeznaczenia budynku oraz znajdujących się w nim urządzeń ograniczenia te mogą przyjmować wartości mniej lub bardziej rygorystyczne.

POŁĄCZENIA SZTYWNE I PRZEGUBOWE – CZYM SĄ?
W schemacie statycznym do określenia sposobu wzajemnych relacji pomiędzy elementami konstrukcji operuje się terminami połączenia przegubowego oraz sztywnego. Kryterium podziału stanowi tutaj możliwość (lub jej brak) do obrotu elementów względem siebie w miejscu połączenia. Odpowiednio zmieniając powyższe rozwiązania projektant może wpływać w znaczący sposób na wartości sił wewnętrznych a co za tym idzie na wartości przemieszczeń. Warto wiedzieć jakie rozwiązania węzłów konstrukcji mogą wpłynąć na zmniejszenie kosztów inwestycji.

Najważniejsze połączenia hali stalowej

W typowej konstrukcji układu nośnego hali stalowej możemy wyróżnić najważniejsze 2 węzły konstrukcji:

1. Połączenie słupa z fundamentem
2. Połączenie słupa z ryglem dachowym

Każdy z wymienionych węzłów można ukształtować w sposób przegubowy lub sztywny. Należy nadmienić, że niemożliwe jest wykonanie wszystkich z wymienionych połączeń jako przegubowych ponieważ skutkowałoby to konstrukcją niestateczną.

Jak zmniejszyć koszt fundamentów projektując halę stalową?

Połączenie słupa z fundamentem z punktu widzenia ekonomii najkorzystniej jest wykonywać jako przegubowe. Skutkuje to znacznie mniejszymi rozmiarami fundamentów ( co przekłada się na koszty robót ziemnych i fundamentowych) niż w przypadku zastosowania połączenia sztywnego. Jest to  szczególnie korzystne w przypadku hal stalowych posadowionych na działkach z gruntami o niewielkiej nośności, gdyż powoduje to że grunty są obciążone jedynie siłami pionowymi oraz poziomymi, brak zaś dodatkowych obciążeń wynikających z zablokowanego obrotu. 

Są jednak przypadki kiedy zastosowanie przegubowego połączenia nie będzie możliwe – dzieje się tak w przypadku wysokich budynków, oraz hal stalowych wewnątrz których pracują suwnice. W obu przypadkach ograniczenie poziomego przemieszczenia słupów w miejscu okapu (przechyłu słupów – spowodowanego pracą suwnic lub parciem wiatru) do poziomu ściśle ograniczonego w normach projektowych wymagałoby już tak znacznego powiększania przekroju poprzecznego słupów ,że zazwyczaj tańszym rozwiązaniem będzie powiększenie rozmiaru fundamentów i zablokowanie obrotu węzła niż usztywnianie całej konstrukcji hali.

Optymalizacja konstrukcji nośnej dachu hali stalowej:

Połączenie słupa z ryglem dachowym zależy ściśle od wybranego rozwiązania konstrukcji dźwigara dachowego. W przypadku dźwigarów kratowych zazwyczaj stosuje się połączenie przegubowe które jest znacznie łatwiejsze do wykonania. 

W przypadku dźwigarów pełnościennych – najczęściej blachownicowych, korzystniej z kolei jest zastosować połączenie sztywne które powoduje mniejsze ugięcie dźwigara dachowego (oraz mniejsze wartości występujących w nim sił wewnętrznych) co przekłada się bezpośrednio na jego mniejszy przekrój poprzeczny (czyli mniejsze zużycie stali). 

Tak jak w przypadku połączenia z fundamentem również tutaj są pewne dodatkowe kryteria mogące wpłynąć na wybór rozwiązania projektu hali stalowej. Jeżeli jedna ze ścian zewnętrznych w budynku musi pełnić funkcję ściany oddzielenia pożarowego konieczne będzie utwierdzenie słupa tej ściany w fundamencie oraz przegubowe połączenie słupa z ryglem aby w razie pożaru zawalenie dachu hali stalowej nie spowodowało przewrócenia całej ściany oddzielenia przeciwpożarowego. Niestety takie rozwiązanie z punktu widzenia ekonomii budynku nie jest rozwiązaniem korzystnym (choć czasem nieuniknionym) ponieważ powoduje znacznie większe zużycie stali konstrukcyjnej.

OPTYMALNY KOSZT BUDOWY HALI STALOWEJ
Jak widać ze względu na wiele kryteriów wyboru problem wyboru schematu statycznego jest zagadnieniem wymagającym szerokiej wiedzy technicznej. Nie mniej jednak jest to temat który warto poruszyć podczas rozmowy z projektantem obiektu, który pomoże wybrać optymalne rozwiązanie dostosowane do potrzeb konkretnego budynku. Z kolei znajomość podstawowych zagadnień z tego obszaru pozwala na zweryfikowanie poprawności przyjętych rozwiązań, oraz może pozwolić na wskazanie możliwości optymalizacji kosztów budowy hali stalowych.