Wraz z rozwojem metalurgii i opracowaniem nowocześniejszych metod produkcji stali
konstrukcje stalowe zaliczyły potężny rozwój na przestrzeni ostatnich 200 lat.

.Czym jest konstrukcja stalowa?

Podając za Wikipedią: stal – stop żelaza z węglem, plastycznie obrobiony i obrabialny cieplnie, o zawartości węgla nieprzekraczającej 2,11%. Stal obok żelaza i węgla zawiera zwykle również inne składniki. Do pożądanych składników stopowych zalicza się głównie metale, zwykle chrom, nikiel, mangan, wolfram, miedź, molibden, tytan. Pierwiastki takie jak tlen, azot, siarka oraz wtrącenia niemetaliczne, głównie tlenków siarki i fosforu zwane są zanieczyszczeniami.

Nowoczesne konstrukcje stalowe charakteryzuje lekkość i możliwość przekrywania dużych rozpiętości bez konieczności używania podpór pośrednich. Najczęstszym układem konstrukcyjnym spotykanym w konstrukcjach stalowych jest układ prętowy, w którym obciążenia przenoszone są przez elementy stalowe takie jak belki, dźwigary, słupy, stężenia na fundamenty budynku bądź obiektu budowlanego. W mniejszym stopniu stosuje się powłokowe konstrukcje stalowe, jak np. silosy czy zbiorniki.

Konstrukcje stalowe projektowane są jako prefabrykowane i montowane na placu budowy. Oznacza to, że projekt zawiera wszystkie niezbędne dane do wyprodukowania elementów montażowych (wysyłkowych), które następnie montuje się na placu budowy przy pomocy śrub montażowych. Dawniej były to nity, teraz praktycznie nie używane. Ogranicza się także do koniecznego minimum spawanie na montażu z uwagi na trudności wykonania poprawnych spoin oraz uszkodzenia powłok zabezpieczających.

Dzisiaj konstrukcje stalowe używa się przede wszystkim do kreowania hal przemysłowych, produkcyjnych i magazynowych. W budownictwie przemysłowym odgrywają bardzo ważną rolę – podkonstrukcje pod maszyny, bloki energetyczne w elektrociepłowniach, wieże kratowe (np. telefonii komórkowej), maszty radiowo – telewizyjne w większości wykonywane są właśnie jako konstrukcje stalowe. Z bardziej użytkowej strony dla większości ludzi konstrukcje stalowe są wykorzystywane przy budowie centrów handlowych oraz innych obiektów użyteczności publicznej, albo jako konstrukcja główna, albo pomocnicza. Często wszelkiego typu przeszklenia, naświetla, fasady mają stalową konstrukcję wsporczą, która swoją lekkością i łatwością kształtowania jest lubianą formą przez architektów oraz jest dobrze odbierana przez użytkowników. Nowoczesne budynki ze stali i szkła wpisują się w nasz krajobraz i kształtują naszą rzeczywistość. Stal daje bardzo duże możliwości projektowe – skomplikowane kształty, zakrzywienia, przewieszenia obudowane szkłem robią fantastyczne wrażenie.

.Zalety konstrukcji stalowych

Do zalet konstrukcji stalowych na pewno możemy zaliczyć łatwość kształtowania przestrzeni, lekkość, stosunkowo łatwa i szybka produkcja dzięki rozwiniętemu przemysłowi produkcji konstrukcji stalowych, łatwość montażu często niezależna od pogody, precyzja wykonania. Zaletami konstrukcji stalowych jest także niewątpliwie szybkość powstawania obiektu. Jego elementy są prefabrykowane w wytwórni konstrukcji stalowych, gdzie do dyspozycji są odpowiednie maszyny i urządzenia do produkcji, co pozwala na szybką produkcję w bardzo wysokiej jakości niezależnie od warunków atmosferycznych. Elementy wysyłkowe są transportowane na plac budowy.

Następnie montaż na placu budowy przeprowadzany jest równie szybko. Elementy prefabrykowane łączy się na śruby co zaoszczędza mnóstwo czasu. W krótkim czasie Inwestor może przystąpić do użytkowania swojego obiektu, w czasie o wiele krótszym niż w przypadku konstrukcji żelbetowych lanych na mokro czy konstrukcji murowych. Profile stalowe pracują bardzo dobrze w przypadku elementów rozciąganych. Przy elementach ściskanych z uwagi na smukłość parametrem decydującym o nośności nie jest wytrzymałość materiału, ale utrata stateczności elementu (wyboczenie lokalne lub globalne giętne lub giętno – skrętne (zwichrzenie)). Przy montażu warunki atmosferyczne mogą być gorsze niż np. przy wykonywaniu konstrukcji żelbetowych. To kolejny atut bo montaż konstrukcji stalowych można przeprowadzać np. zimą.

.Wady konstrukcji stalowych

Niestety jak wszystko konstrukcje stalowe mają także wady. Stal jest mało odporna na pożar, więc w obiektach gdzie potrzebujemy wyższej odporności ogniowej należy zabezpieczać konstrukcje stalowe przed działaniem pożaru. Można to uzyskać poprzez malowanie ogniochronne specjalnymi farbami, albo przez obudowywanie elementów stalowych płytami zabezpieczającymi przed wpływem ognia. Niemniej w wielu przypadkach czynnik ten decyduje o wyborze innego rodzaju konstrukcji, np. konstrukcji żelbetowej. Konstrukcje stalowe z uwagi na lekkość mogą być także podatne na działania dynamiczne co czasami także wpływa na wybór innego rodzaju konstrukcji.

Stal niestety jest także podatna na korozję (utlenianie się żelaza), konstrukcje stalowe praktycznie zawsze muszą być zabezpieczone powłokami malarskimi przed wpływem środowiska. Z tego też powodu konstrukcji stalowych raczej nie używa się w środowiskach wilgotnych, np. jako przekrycia basenów, lub w środowiskach agresywnych. W uzasadnionych przypadkach stosuje się konstrukcje ze stali nierdzewnej – jest to stal z odpowiednimi dodatkami, która nie koroduje tak jak zwykła stal. Obecnie ten materiał jest drogi i wymaga specjalnych zabiegów technologicznych przy produkcji i obróbce (np. połączenia spawane).

Podsumowując w ostatnich 50 latach widać ogromny rozwój konstrukcji stalowych. Coraz ładniejsze i śmielsze obiekty handlowe, hotele, muzea. Fasady ze stali i szkła o coraz bardziej wymyślnych kształtach.

.Jak projektuje się konstrukcje stalowe?

Kiedy już zdecydujemy, że projektujemy konstrukcję stalową należy zacząć od ustalenia jej geometrii. Żeby to zrobić należy sprawdzić z projektantem architektury jaka przestrzeń została przeznaczona na konstrukcję i co zostało założone, np. grubość podkonstrukcji pod fasadę szklaną. Następnie należy wykonać obliczenia statyczne. Obliczenia zaczynamy od określenia jakie obciążenia oddziałują na obiekt. Mamy obciążenia klimatyczne, np. śnieg, wiatr; obciążenia użytkowe, np. tłum ludzi, urządzenia, maszyny oraz obciążenia stałe, np. ciężar własny konstrukcji, okładzin, itp. Następnie ustalamy schemat statyczny konstrukcji, np. układ ramowy. Następnie przy pomocy odpowiedniego oprogramowania obliczamy siły wewnętrzne w elementach konstrukcyjnych od założonych kombinacji obciążeń. Siły osiowe, tnące oraz momenty zginające. Znając siły wewnętrzne możemy zwymiarować elementy czyli dobrać profile konstrukcyjne zgodnie z programem produkcji. Odpowiednie instytucje określiły różne rodzaje profili konstrukcji stalowych, które są produkowane na świecie, np. dwuteowniki I, IPE, HEA, HEB, HEM w różnych wysokościach, rury okrągłe o różnych średnicach, rury kwadratowe i prostokątne w różnych wymiarach, kątowniki, pręty okrągłe, blachy płaskie, itp.

Dobór profili

Dobieramy wtedy profile dla danych elementów konstrukcyjnych, np. dla rygli, belek, podciągów, słupów, stężeń. Profile dobieramy uwzględniając wytrzymałość materiału na rozciąganie i ściskanie oraz możliwą utratę stateczności elementu lub jego części: globalne lub lokalne wyboczenie giętne i giętno – skrętne (zwichrzenie). Możemy także uwzględnić czy element ma pracować w stanie sprężystym, czy też dopuszczamy możliwość uplastycznienia się części przekroju.

Większe rozpiętości

Czasami w przypadku większych rozpiętości decydujemy o zastosowaniu przekrojów złożonych. Dla przykładu możemy stosować blachownice czyli belki / słupy o przekroju dwuteowym ze zmienną grubością i wysokością środnika oraz zmienną grubością i szerokością pasów. Blachownice wykonuje się z blach łączonych poprzez spawanie. Często spawanie blachownic jest zautomatyzowane, aby uzyskać gwarantowane nośności spoin. Drugi przykład to dźwigary kratowe, kratownice, w których nośność układu uzyskujemy poprzez połączenie w odpowiedni sposób prętów, cała kratownica jest wtedy bardzo lekka i pozwala na przekrycie dużych rozpiętości.

Wybór odpowiedniego gatunku stali

Bardzo ważne przy wykonywaniu obliczeń jest określenie jaki materiał będzie stosowany na elementy konstrukcyjne. Wiadomo stal, ale jaki gatunek? W chwili obecnej przy rozwiniętej metalurgii mamy bardzo dużo gatunków stali charakteryzujących się różnymi właściwościami – wytrzymałością, ciągliwością, itp. Najsłabsze gatunki stali mają wytrzymałość na rozciąganie około 230 MPa (czyli 230 N/mm2 czyli około 23 kg/mm2); najmocniejsze gatunki mają wytrzymałość na rozciąganie około 460 MPa (czyli 460 N/mm2 czyli około 46 kg/mm2).

Obliczenia połączeń

Po doborze profili konstrukcyjnych przechodzimy do obliczeń połączeń (węzłów) elementów. Aby obliczyć i poprawnie zaprojektować połączenia musimy znać siły wewnętrzne panujące w danym połączeniu. Siły te mamy z głównych obliczeń statycznych całej konstrukcji. Następnie projektujemy połączenia. Mamy połączenia spawane, śrubowe oraz nitowe, tych ostatnich jak wspomniano powyżej praktycznie się nie używa. Normy do projektowania podają sposoby obliczania połączeń, pomocne przy tym jest też dostępne na rynku oprogramowanie. Dla skomplikowanych węzłów warto używać oprogramowania bazującego na metodzie CBFEM, my używamy Idea Statica. W połączeniach spawanych dobiera się rodzaj spoiny, np. czołowa, pachwinowa, itp. oraz jej grubość. W połączeniach śrubowych dobiera się ilość śrub, ich średnicę oraz materiał, grubość łączonych elementów, otwory w elementach, odległości otworów od krawędzi elementów i od innych elementów, tak, aby było miejsce na operowanie kluczem do dokręcania śrub zwykłym lub dynamometrycznym. W przypadku projektowania połączeń sprężanych należy również dobrać siłę sprężającą śruby oraz podać moment dokręcenia nakrętki aby uzyskać założoną siłę sprężającą.

Dokumentacja warsztatowa

Po dobraniu profili głównych i zaprojektowaniu połączeń następnym ważnym krokiem jest wykonanie dokumentacji warsztatowej. Jest to dokumentacja rysunkowa oraz listy zestawcze materiałów, które umożliwą wytwórni konstrukcji stalowych wyprodukowanie konstrukcji. W naszej firmie używamy specjalistycznego oprogramowania do wykonywania projektów warsztatowych: Bocad3d oraz Autodesk Advance Steel. W oprogramowaniu tym wykonujemy pełen model konstrukcji stalowej – każdy element jest zamodelowany, każda blacha, profil, śruba i spoina są zamodelowane.

Tak przygotowany model numerujemy, aby nadać poszczególnym elementom ich unikalne numery, zaznaczyć elementy powtarzające się, określić ilości sztuk, itp. Następnie wykonujemy rysunki. Najpierw rysunki elementów pojedynczych – blachy, kawałki profili wszystko docięte na odpowiedni wymiar, z odpowiednimi otworami do śrub, przygotowaniem brzegów do spawania. Następnie wykonujemy rysunki elementów złożeniowych (wysyłkowych) – na takim rysunku pokazujemy jak poszczególne elementy pojedyncze mają zostać połączone w element złożeniowy. Najczęściej elementy pojedyncze łączy się poprzez spawanie ze sobą. Mamy bardzo dużo rodzajów spoin oraz wiele ich grubości. Te wszystkie parametry podajemy w naszym projekcie, dlatego musi być on bardzo dokładny.

W konstrukcjach stalowych ryzyko błędu sprowadzamy do zera. Następnym krokiem jest przygotowanie: listy materiałowej, która służy do zakupu materiału przez wytwórnię konstrukcji stalowych; listy elementów wysyłkowych, która pokazuje co ma być wyprodukowane i w jakich ilościach; listy strukturalnej; listy łączników (śrub), itp. Następnie przygotowujemy dokumentację montażową, która pokazuje jak elementy mają być łączone na placu budowy. Niesamowite jest to, że precyzja projektowania i wykonania konstrukcji stalowych wynosi 1mm!

Produkcja elementów stalowych

Po wykonaniu projektu elementy pojedyncze i wysyłkowe są produkowane w wytwórni konstrukcji stalowych. Przy przekazywaniu projektu oprócz tradycyjnych rysunków używamy narzędzi pomocniczych, np. lików NC DSTV do maszyn numerycznych, które na podstawie naszych plików wycinają odpowiednie kształty blach i owiercają je pod łączniki śrubowe. W wykonywaniu konstrukcji ważne są także automaty spawalnicze, które potrafią spawać ze sobą elementy pojedyncze, jak np. środniki z pasami.

Jednakże niezastąpieni pozostają spawacze, którzy potrafią bezbłędnie łączyć spoinami elementy stalowe przy zachowaniu zaprojektowanych rodzajów i grubości spoin. Po połączeniu elementów pojedynczych w elementy wysyłkowe poddawane są one kontroli jakości, a następnie oczyszczaniu i malowaniu. Warto wspomnieć, że dla ważnych konstrukcji spoiny są sprawdzane radiograficzne (są prześwietlane promieniami Roentgena) lub ultradźwiękowo (podobnie jak USG).

Transport

Tak wykonane elementy wysyłkowe są transportowane na plac budowy celem ich zmontowania. Montaż najczęściej wykonywany jest przy pomocy żurawi i podnośników. Elementy wysyłkowe łączone są ze sobą za pomocą śrub zwykłych oraz wysokiej wytrzymałości tak jak klocki. W ten sposób obiekt powstaje bardzo szybko, często niezależnie od panujących warunków atmosferycznych.

Obudowa konstrukcji stalowych

Bardzo ważnym elementem obiektów wykonanych w konstrukcji stalowej jest ich obudowa. Rozwój chemii budowlanej oraz innych gałęzi przemysłu dał nam ogromne możliwości lekkiego obudowywania konstrukcji stalowych. Dla hal przemysłowych najczęściej będą to panele warstwowe (sandwich) z rdzeniem z pianki lub styropianu – szybkie w montażu, spełniające wymagania izolacyjności cieplnej. Dla wiat będą to panele z blachy trapezowej. Natomiast obiekty użyteczności publicznej często są obudowywane panelami szklanymi co podnosi ich walory estetyczne i użytkowe na niespotykany w historii poziom. W naszej ofercie mamy także projektowanie lekkich obudów: panele ścienne i dachowe, obróbki blacharskie, łączniki, uszczelki, itp.

Obudowę mocuje się czasami bezpośrednio do konstrukcji stalowej lub poprzez specjalną lekką podkonstrukcję, którą również projektujemy. Lekka podkonstrukcja, zwana także konstrukcją drugorzędną najczęściej wykonana jest z profili cienkościennych ze stali wysokiej wytrzymałości. Płatwie dachowe, rygle ścienne, podkonstrukcje pod bramy, drzwi, okna, naświetla, świetliki wykonywane są z profili cienkościennych typu sigma, zet lub C.

.Wybrane elementy konstrukcji stalowych

Rygle, słupy, dźwigary kratownicowe, dźwigary blachownicowe, stężenia, cięgna.

.Zastosowanie

Obiekty przemysłowe: hale produkcyjne, hale magazynowe, bloki energetyczne, podkonstrukcje pod maszyny, pomosty technologiczne, dojścia technologiczne, kominy, wieże, maszty.
Obiekty użyteczności publicznej: centra handlowe, banki, hotele, pensjonaty, biurowce, budynki wysokościowe.

.przykładowe projekty konstrukcji stalowych

Od lat pracujemy z najbardziej wymagającymi liderami rynku w Polsce i Europie.
Oto nasze przykładowe prace:

.zadaj nam pytanie

Czas realizacji zależy od wielkości wymagań i skali projektu inwestycyjnego. Projekty konstrukcji wykonane przez nas są wyjątkowo dokładne.
Dowiedz się więcej wysyłając nam wiadomość: