Dołącz do czytelników
Brak wyników

Budownictwo przemysłowe

8 listopada 2018

NR 7 (Październik 2018)

Rozwiązania konstrukcyjne w budownictwie przemysłowym

0 247

Budownictwo przemysłowe – czyli hale magazynowe, fabryki, obiekty logistyczne, zakłady produkcyjne i wiele innych – są niezbędne do prowadzenia działalności gospodarczej czy to bezpośrednio, czy pośrednio. Ale jak powstają? Z czego są zbudowane? Czy wszystkie są postawione w ten sam sposób?

Wszystkie obiekty przemysłowe wymagają układu konstrukcyjnego, który poza fundamentami zawiera słupy oraz konstrukcję dachu. O ile w dzisiejszych czasach nikomu nie przychodzi do głowy wykonać fundamenty inne niż żelbetowe, to już jeśli chodzi o materiał, z którego będzie wykonany układ konstrukcyjny, projektanci mają nieco większy wybór. Hala może być wykonana całkowicie w konstrukcji stalowej lub całkowicie w konstrukcji żelbetowej. Istnieje też możliwość pośrednia, tzn. wykonanie słupów, na których wspiera się stalowa konstrukcja dachu, z żelbetu. Można też wybudować obiekt przemysłowy o konstrukcji murowanej, choć jest to rozwiązanie bardzo rzadko stosowane.
Zatem które z rozwiązań jest najlepsze? Na to pytanie nie ma jednoznacznej, prostej odpowiedzi. Przed dokonaniem wyboru należy przeprowadzić dokładną analizę obciążeń i sposobu wykorzystania obiektu, warto też pamiętać, że na wybór rodzaju konstrukcji mogą mieć wpływ takie czynniki jak koszt, termin wykonania oraz kwestie związane z kosztami ubezpieczenia. Tylko pełna ich analiza pozwoli na optymalne zaprojektowanie i wykonanie obiektu przemysłowego. Wiąże się to z koniecznością uwzględnienia, poza kosztami budowy, kosztów utrzymania czy ubezpieczenia obiektu. Jakie więc wady i zalety można dostrzec w poszczególnych rodzajach konstrukcji hal przemysłowych? Poniżej przedstawię krótką charakterystykę poszczególnych rozwiązań konstrukcyjnych.

Fot. 1. Hala stalowa
Źródło: Kobex

Konstrukcja stalowa

Konstrukcja stalowa hali jest elementem dość lekkim i smukłym. W takich układach słupy często są wykonane z kształtowników stalowych o przekrojach dwuteowych lub rurowych bądź z blachownic. Do konstrukcji dachu można wykorzystać rygle kratowe lub wykonane z blachownic. Hale z rygli blachownicowych pozwalają na uzyskanie wyższego światła w przekroju przy zachowaniu tej samej wysokości w kalenicy. Układy kratowe są natomiast w swoim przekroju większe niż rygle blachownicowe. Może to mieć duże znaczenie przy magazynach, gdzie inwestorzy chcą maksymalnie wykorzystać przestrzeń do magazynowania towarów. Hale w konstrukcji stalowej są łatwe i szybkie w montażu. Poszczególne elementy są stosunkowo lekkie, w szczególności w porównaniu do analogicznych elementów wykonanych z żelbetu. Pozwala to na zamontowanie ich przy użyciu sprzętu o mniejszych udźwigach, czyli tańszych w kosztach najmu. Poszczególne elementy przyjeżdżają na miejsce wbudowania gotowe i należy je tylko połączyć, najczęściej poprzez skręcanie śrubami. Można też wykonać połączenia spawane, aczkolwiek są one dużo bardziej uciążliwe w wykonaniu na placu budowy.
Do wad konstrukcji stalowych należy przede wszystkim jej dość niska tolerancja na obciążenia większe niż projektowane (np. obfite opady i zaleganie na dachu ciężkiego, mokrego śniegu lub dodatkowe elementy montowane na dachu, np. centrale wentylacyjne). Drugim poważnym mankamentem konstrukcji stalowych jest ich niska odporność na obciążenie ogniowe. Hale o pełnej konstrukcji stalowej można wykonać zawsze, ale jeśli budynek zostanie zakwalifikowany do klasy odporności pożarowej A, B, C lub D, wymagać to już będzie zabezpieczenia układu konstrukcyjnego do odpowiedniej odporności ogniowej. Można to zrealizować poprzez malowanie specjalnymi farbami pęczniejącymi pod wpływem temperatury, przez co zabezpieczają konstrukcję stalową przed utratą nośności. Można też obudować elementy materiałami zapewniającymi odporność ogniową. Malowanie konstrukcji stalowej do odporności większej niż R15 znacznie podnosi jej koszt i może być ekonomicznie nieuzasadnione. Także rozwiązania polegające na obudowaniu konstrukcji stalowej z materiałów zapewniających odporność ogniową są dość drogie i nierzadko spotykają się z brakiem akceptacji przy odbiorze przez Państwową Straż Pożarną. Hale w konstrukcji stalowej często są wykonane z profili otwartych: dwuteowych lub ceowych. Zwiększa to podatność na utrzymanie kurzu i brudu, co w przypadku produkcji np. żywności jest niedopuszczalne. W takich sytuacjach wymogi sanitarne są tak wysokie, że konstrukcje stalowe nie są w stanie im sprostać. Ponadto ze względu na dość dużą smukłość słupów stalowych istnieje duże ryzyko wystąpienia zjawiska zwichrzenia konstrukcji, szczególnie w sytuacji, gdy będą to długie elementy. Wzmocnienie słupów poprzez zastosowanie tzw. żeberek lub podkonstrukcji zwiększa koszty budowy obiektu.
Zatem kiedy konstrukcje stalowe hal sprawdzają się najbardziej? W magazynach elementów niepalnych bądź w obiektach o niskim obciążeniu ogniowym. Konstrukcje stalowe są łatwo dostępne, a czas oczekiwania na dostawę elementów jest znacznie krótszy niż elementów żelbetowych, szczególnie sprężonych. Coraz częściej, szczególnie w krajach Europy Zachodniej, konstrukcje stalowe wykorzystuje się przy budowie parkingów wielopoziomowych.

Konstrukcja żelbetowa

Hale wykonane całkowicie w konstrukcji żelbetowej na pierwszy rzut oka wyglądają bardziej masywnie niż te o konstrukcji stalowej. Ale w budownictwie przemysłowym to nie aspekty wizualne są najważniejsze – liczy się pragmatyzm, czyli użyteczność. Hale wybudowane w konstrukcji żelbetowej mogą przenieść znacznie większe obciążenia niż hale o konstrukcji stalowej. Ponadto są bardziej odporne na niespodziewane dodatkowe obciążenia, takie jak obciążenie śniegiem czy dodatkowymi elementami montowanymi na dachu lub pod nim.
Hale o konstrukcji żelbetowej składają się głównie ze słupów i dźwigarów dachowych, a w przypadku hal piętrowych również z dźwigarów stropowych. Przy dużych obciążeniach technologicznych, których elementy są podwieszone do konstrukcji dachu, lub w przypadku dużych rozpiętości konstrukcji stosuje się dźwigary sprężone, czyli elementy, które w procesie produkcji zostały poddane obciążeniom powodującym ujemną strzałkę ugięcia, co pozwala na przeniesienie znacznie większych obciążeń, na redukcję ugięć oraz ograniczenie zarysowań. Sprężenie konstrukcji pozwala też na projektowanie bardziej smukłych elementów niż wynikałoby to z obliczeń dla elementów, których nie poddano sprężeniu. Ponadto hale żelbetowe mają znacznie większą odporność na obciążenia ogniowe niż konstrukcje stalowe. W przypadku słupów czy belek żelbetowych część stalowa konstrukcji, czyli zbrojenie, jest zabezpieczona przed niekorzystnym działaniem ognia poprzez otulinę z betonu. Są to na ogół betony o klasie wytrzymałości minimum C 25/30, co pozwala na wykonanie obiektów w najwyższej klasie odporności pożarowej. Montaż elementów odbywa się poprzez spawanie do siebie wcześniej zamontowanych marek lub poprzez zakotwienie elementów na tzw. wytykach, czyli prętach stalowych znacznej średnicy, na które nakłada się element z przygotowanymi otworami. Potem te otwory zalewa się zaprawą betonową o drobnym uziarnieniu celem wypełnienia otworów i zapewnienia pełnej współpracy elementów konstrukcji. 
Konstrukcję żelbetową dachu stęża się często elementami stalowymi, które znacznie lepiej niż beton przenoszą obciążenia rozciągające – najczęściej są to pręty stalowe – oraz elementami o przekroju rurowym, które dość dobrze radzą sobie z obciążaniami ściskającymi. Hale o konstrukcji żelbetowej często stosuje się w zakładach spożywczych, gdyż pozwalają one na łatwiejsze zachowanie czystości, a w zakładach tych istotną rolę grają wszelkie „zakamarki”, gdzie może gromadzić się brud. Ponieważ słupy są o przekroju zamkniętym, możliwości gromadzenia się brudu i odpadków są ograniczone. Hale żelbetowe stosuje się też często w zakładach produkcyjnych, w których będą pracować suwnice o bardzo dużych obciążeniach lub ciężkie elementy technologii będą podwieszone do konstrukcji dachu. Inwestor często decyduje się na halę o pełnej konstrukcji żelbetowej także ze względu na koszt jej ubezpieczenia. Firmy ubezpieczeniowe doskonale wiedzą, że konstrukcje betonowe są znacznie mniej podatne na obciążenie ogniowe, a ewentualne podniesienie ich wytrzymałości na ten czynnik jest stosunkowo niedrogie i dużo tańsze niż próba zabezpieczenia konstrukcji stalowej do klasy odporności ogniowej większej niż R15.
Zatem czy obiekty przemysłowe wykonane w konstrukcji żelbetowej są najlepszym rozwiązaniem dla wszelkich obiektów tego typu? Otóż nie. W przypadku montażu konstrukcji żelbetowej niezbędny jest ciężki sprzęt, taki jak żurawie o udźwigu znacznie większym niż przy konstrukcji stalowej, co znacznie podnosi koszty realizacji obiektu. O ile zakładów produkcji prefabrykatów żelbetowych jest dość dużo, o tyle w przypadku konieczności wykonania konstrukcji sprężonej o dużych wymiarach czas oczekiwania na elementy może wynosić nawet trzy miesiące. Jest to niewątpliwie czynnik, którego wpływu na termin realizacji inwestycji nie można pominąć. Często też z racji ciężaru elementów niezbędny jest tzw. transport nadgabarytowy, którego koszt jest bardzo wysoki, a ponadto ciężar elementów często determinuje trasę dostawy tychże elementów.

Fot. 2. Hala o konstrukcji mieszanej
Źródło: Kobex

Konstrukcja mieszana

Obiekty przemysłowe o konstrukcji mieszanej wykorzystują zalety poprzednich rozwiązań, starając się niwelować ich wady. Są to hale, których słupy są wykonane z prefabrykowanych elementów żelbetowych, a dach ze stalowych kratownic lub dźwigarów z blachownic. Taki układ pozwala na uzyskanie dość dużej nośności słupów i ich odporności na wiatr oraz obciążenie ogniowe. Natomiast lekka konstrukcja dachu zmniejsza koszt montażu oraz daje większą swobodę w wyborze wykonawcy tych elementów. Ponadto dostępność słupów żelbetowych prefabrykowanych i dźwigarów kratowych jest znacznie większa niż żelbetowych dźwigarów dachowych – czy to sprężonych, czy nie. Stalowe dźwigary dachowe w postaci kratownic lub blachownic łączy się ze słupami stalowymi poprzez spawanie belek dachowych do marek stalowych osadzonych w słupach żelbetowych lub poprzez skręcanie, czyli osadzenie elementów stalowych na słupach posiadających wbudowane w procesie produkcji marki z nagwintowanymi trzpieniami. Takie rozwiązanie konstrukcyjne, czyli stalowa konstrukcja dachu i żelbetowa główna konstrukcja nośna, bardzo dobrze sprawdzi się w sytuacji, w której obiekt został zakwalifikowany...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów.

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 wydań magazynu "Forum Nowoczesnego Budownictwa"
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych artykułów w wersji online
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy