Wstęp

W budownictwie przemysłowym stosowanie stali ma ściśle określoną funkcje, tj. zapewnić nośność oraz bezpieczne i bezawaryjne użytkowanie. W konstrukcjach architektonicznych dochodzi jeszcze efekt wizualny tych konstrukcji. Jest on możliwy, ponieważ stal jest wytwarzana w niemal nieograniczonej gamie kształtów, zwężających się form, krzywizn, kolorów i wykończeń. Tego typu konstrukcje przykuwają uwagę, potrafią zachwycać, bywają drogowskazami, a niekiedy stają się nawet symbolami.

Część z nich spotykamy na co dzień w obiektach mieszkalnych i użyteczności publicznej, zapewniając funkcjonalność i bezpieczeństwo ich użytkowania. Do ich grona możemy zaliczyć m.in.: schody (pojedyncze biegi czy też klatki schodowe), balustrady, balkony, fasady zewnętrzne, zadaszenia, świetliki, windy zewnętrzne, ogrodzenia oraz wiele, wiele innych.

Materiały

Oprócz stali węglowej, często wykorzystywana jest stal nierdzewna, Corten (znany także jako stal rdzewiejąca), miedź czy stopy różnych metali jak np.: brąz i mosiądz. Ze względu na różne właściwości powyższych materiałów trzeba poświęcić trochę czasu na ich poznanie, by nie stworzyć problemów. Kilka praktycznych przykładów poniżej:

Spawanie stali niskowęglowej i czystej miedzi.

Ze względu na znaczną różnicę temperatur topnienia obu metali jako spoiwo stosuje się np. czystą miedź (lub nikiel) w postaci drutu spawalniczego. W przeciwnym wypadku może dojść do pęknięć cieplnych podczas spawania.

Korozja elementów ocynkowanych.

Stal nierdzewna to materiał szlachetny w większości połączeń katodowy, natomiast cynk i stal ocynkowana znajdują się niżej w szeregu napięciowym metali – w połączeniu ze stalą nierdzewną ma charakter bardziej anodowy. W przypadku połączenia stali nierdzewnej ze stalą galwanizowaną i zamknięcia obwodu elektrycznego przez elektrolit (np. woda deszczowa) może wystąpić zjawisko korozji materiału bardziej anodowego, czyli stali galwanizowanej.

Obróbka stali nierdzewnej.

W przypadku jej obróbki przy użyciu pił, szczotek, itd. ze stali zwykłej (czarnej) dochodzi do zanieczyszczenia powierzchni stali nierdzewnej. Drobiny stali węglowej zostają głęboko wbite w powierzchnię stali nierdzewnej, gdzie po krótkim czasie zaczynają korodować. Objawia się to rdzawymi naciekami na powierzchni stali nierdzewnej.

Dla uzyskania niepowtarzalnego, nowoczesnego wyglądu, stal w architekturze często łączy się z innymi materiałami jak drewno czy szkło. Jeśli chodzi o szkło to stosuje się głownie laminowane. Jest to szkło wzmocnione (VSG). Powstaje w wyniku połączenia ze sobą dwóch lub więcej tafli szkła za pomocą specjalnej folii. Zaletą tego rodzaju szkła jest bezpieczeństwo – w wyniku uszkodzenia szkło kruszy się i pęka, ale kawałki szkła pozostają nadal przyklejone do folii. Połączenie ze sobą odpowiedniej ilości i rodzaju szyb pozwala uzyskać szkło o właściwościach dźwiękochłonnych, antywłamaniowych czy kuloodpornych.

Wykorzystuje się również kupne elementy takie jak np.: zamki magnetyczne fot.1, zamknięcia ręczne, zawiasy wszelkiego typu (np. samozamykające), siłowniki hydrauliczne
(np. w bramach uchylnych, wyłazach), czy szeroki asortyment uchwytów (np. do mocowania pochwytów balustrad fot.2 czy tafli szkła fot.3). Trzeba zapoznać się z ich danymi i wytycznymi montażu, by prawidłowo przygotować pod nie konstrukcję stalową. Bywa tak, że tego typu elementy montuje się już na etapie prefabrykacji (np. przed zaślepieniem skrzynkowych elementów stalowych lub przed malowaniem).

Wykończenie

Poniżej przedstawiono jedynie wybrane przykłady w zależności od zastosowanego materiału.

Stal węglowa

Cynkowanie, malowanie proszkowe farbami poliestrowymi i termo plastycznymi.

Stal nierdzewna

Szlifowanie, szczotkowanie, powlekanie powierzchni innymi materiałami lub polerowanie na: mat, satynowe fot.4, lustrzane fot.5. W przypadku blach również perforowanie i wytłaczanie fot.6.

Corten

Fot.7, czyli stal o podwyższonej odporności, która pod wpływem wilgoci naturalnie pokrywa się charakterystyczną powłoką, przypominającą rdzę. Warstwa tlenku miedzi nie wpływa negatywnie na strukturę stali, a nawet stanowi dodatkową warstwę zabezpieczającą (w przeciwieństwie do „prawdziwej” rdzy). Należy jednak pamiętać, że stal musi być dobrze zabezpieczona i nie mogą występować szczeliny i zagłębienia.

Miedź

Patynowanie chemiczna fot.8 lub powłoki bezbarwne pomagające konserwować naturalny kolor.

Szkło

Choć nie jest stalą to, warto o nim wspomnieć w kilku słowach. Jest dostępne w formie przeźroczystej jak i mlecznej w różnych kolorach. Krawędzie często są szlifowane, a najpopularniejsze szlify to:

Łączniki

W przeciwieństwie do konstrukcji przemysłowych, przy konstrukcjach architektonicznych otwiera nam się znacznie szerszy wachlarz asortymentu. Prócz śrub z łbem sześciokątnym, często stosowane są śruby z łbem wpuszczanym. Przy ogrodzeniach lub innych konstrukcjach jak np. klatki na rowery, gdzie odkręcanie śrub spowoduje utratę pełnionej funkcji chroniącej wnętrze, stosuje się śruby zamkowe (z łbem kulistym) od strony zewnętrznej. Część trzpienia takiej śruby ma przekrój kwadratu, który klinuje się w specjalnie przygotowanym otworze elementu mocowanego, co zapewnia możliwość dokręcenia nakrętki od strony wewnętrznej. 

Często stosowane są również śruby imbusowe (z kulistym lub płaskim łbem). Do obróbek blacharskich stosowane są drobne nity (np. stalowo-aluminiowe), łączniki samowiercące (w szerokim asortymencie), bądź kleje.

Proces

Wszystko zaczyna się od rozmów z klientem i zwykle zajmuje się tym Architekt. Opracowywany jest projekt architektoniczny na bazie, którego Inżynier wykonuje obliczenia i dobiera przekroje elementów. Wszystko wraca do akceptacji klienta. Następnym w kolejności jest Detailer (osoba wykonująca szczegółowy projekt warsztatowy konstrukcji).  Zapoznaje się z otrzymaną dokumentacją i sporządza ewentualne pytania techniczne. Czasem jest to żmudny i rozciągnięty w czasie proces, pisanina maili i udział w spotkaniach.

Konstrukcje stalowe w obiektach architektonicznych wymagają często uwzględnienia w projekcie inwentaryzacji istniejących konstrukcji (np. żelbetowych czy murowanych), dlatego nieodzownie bazuje się na:

• Domiarach z budowy (metrówka/dalmierz). Zrozumienie otrzymanych szkiców jest niekiedy trudniejsze niż sama konstrukcja, będąca zadaniem. W skrócie „co autor miał na myśli?”.
• Inwentaryzacjach geodezyjnych. Jeśli obiekt został wzniesiony zgodnie z projektem to nie ma pytań, wprowadza się jedynie lekkie korekty co do poziomów lub usytuowania elementów w planie. Gorzej w przypadku zmian wprowadzanych w trakcie budowy i trzeba dochodzić jak coś ostatecznie wygląda, bo w projekcie tego nie ma.
• Skaningu laserowym i pracy z chmurą punktów. Najbardziej precyzyjna metoda inwentaryzacji, pozwalająca uzyskać dokładność na poziomie kilku mm. Metoda stosowana przy skomplikowanych obiektach. Widok obok z programu Tekla Structures przedstawia fragment modelu klatki żelbetowej, z podczytaną chmurą punktów.

W naszej firmie modele tego typu konstrukcji tworzymy w programie Tekla Structures, wprowadzając:

• konstrukcje żelbetowe i murowane zgodnie z inwentaryzacją;
• istotne warstwy wykończeniowe, mające wpływ na wymiary konstrukcji stalowej (np. normowa wysokość balustrad liczona od warstwy wykończeniowej). Niekiedy cześć tego typu konstrukcji wymaga dodatkowego wykończenia obróbkami z cienkich blach w celu ukrycia pewnych elementów czy estetycznego przejścia pomiędzy różnego rodzaju materiami i warstwy wykończeniowe są nam niezbędne.
• konstrukcję stalową;
• elementy kupne – np. uchwytu na słupkach balustrad do zamocowania szklanych wypełnień. Przydają się wróżych kwestiach: późniejszego zliczania elementów, przygotowania elementów szklanych do zamówienia oraz w celu pokazania rozwiązań na później sporządzanych rysunkach do akceptacji;
• wszelkie inne elementy jak: stopnie drewniane schodów, pochwyty drewniane balustrad itd. Jest to konieczne, gdyż np. szkło zwykle jest zamawiane na podstawie wykonanej przez Detailera dokumentacji warsztatowej wspomnianych elementów. Dodatkowo muszą być pokazane i opisane na rysunkach do akceptacji.

Po zakończeniu modelu wykonywane są, wspomniane wyżej rysunki do akceptacji.

Wyróżniamy 3 podstawowe statusy takich rysunków:

• A – rysunek przejrzany, brak uwag, dalsze prace (jak opracowanie dokumentacji warsztatowej czy produkcja) mogą być kontynuowane.
• B – rysunek przejrzany z uwagami, prace (jw.) mogą być kontynuowane pod warunkiem ich uwzględnienia.
• C – rysunek przejrzany z uwagami, brak zezwolenia na dalsze prace, należy wprowadzić zmiany zgodne z uwagami i wydać rewizje rysunków do ponownej akceptacji.

Z zatwierdzaniem dokumentacji bywa różnie. Czasem jest za pierwszym razem, a czasem wymaga cierpliwości Detailera i okupiona jest wieloma rewizjami. Rewizje występują z wielu powodów: otrzymana dokumentacja ma braki i trzeba samemu coś zaproponować, zwykły ludzki błąd, zmiany od Architekta lub Inżyniera, czy niezdecydowanie klienta. Czasem nawet sporządza się próbkę (sample) w skali 1:1 fragmentu konstrukcji do akceptacji (np. półmetrowy odcinek balustrady) uwzględniający: wszystkie użyte materiały, elementy złączne, jakość spoin i wykończenia.

Po zatwierdzeniu dokumentacji można w końcu przystąpić do sporządzenia dokumentacji warsztatowej i montażowej, a wykonawca do prefabrykacji i montażu.

Poniżej prezentuję kilka typowych rysunków z procesu projektowego.

Wojciech Świerad

 Zainteresował Cię ten artykuł? Masz komentarz lub pytanie? Wpisz komentarz poniżej.

Tagi

#Stalowe konstrukcje w architekturze, #Tekla Structures, #Stal nierdzewna, #Corten, #Balustrady stalowe, #Balustrady szklane, #Wykończennie powierzchni stalowej, #Łączniki stalowe, #Rysunki do aprobaty, #Schody stalowe, #Klatki schodowe, #Balkony, #Fasady zewnętrzne, #Zadaszenia, #Świetliki, #Ogrodzenia, #chmura punktów, #konstrukcje stalowe, #projekt warsztatowy, #Bocad, #AVEVA, #Schuller & Company,  #stal, #projekt konstrukcji, #projekt konstrukcji stalowej, #MET Inżynieria Budowlana, #METIB, #Wojciech Świerad, #Marek Tomkowicz,