Materiały do konstrukcji stalowych odgrywają kluczową rolę we współczesnym budownictwie. Stal ze względu na swoją wytrzymałość, trwałość i wszechstronność zastosowań jest niezwykle popularnym materiałem konstrukcyjnym. W poniższym artykule przybliżymy najważniejsze informacje na temat stali budowlanych - ich rodzajów, właściwości, zastosowań oraz norm dotyczących projektowania konstrukcji stalowych. Zapraszamy do lektury!
Kluczowe wnioski:- Stal jest materiałem o dużej wytrzymałości, co pozwala na projektowanie smukłych i lekkich konstrukcji.
- Dzięki stalom konstrukcyjnym możliwe jest wznoszenie wysokich budynków i dużych hal.
- Stal znajduje szerokie zastosowanie w budownictwie mieszkaniowym, biurowym i przemysłowym.
- Istnieją różne rodzaje stali budowlanych, które różnią się składem i właściwościami.
- Obowiązują normy projektowania, które gwarantują bezpieczeństwo konstrukcji stalowych.
Najważniejsze materiały w konstrukcjach stalowych
Stal jest obecnie najczęściej stosowanym materiałem konstrukcyjnym w budownictwie. Wynika to z jej bardzo dobrych właściwości mechanicznych, takich jak wysoka wytrzymałość, sztywność i plastyczność. Stale konstrukcyjne charakteryzują się również stosunkowo niską masą własną w porównaniu z betonem czy drewnem. Dzięki temu możliwe jest projektowanie smukłych i lekkich konstrukcji stalowych. Kolejną zaletą stali jest łatwość prefabrykacji elementów oraz szybki i stosunkowo prosty montaż gotowych elementów na placu budowy.
Najczęściej stosowanymi odmianami stali konstrukcyjnych są stale węglowe zwykłej jakości, stale niskostopowe o podwyższonej wytrzymałości oraz stale stopowe. Różnią się one składem chemicznym, właściwościami mechanicznymi oraz zastosowaniem. Stale węglowe zwykłej jakości zawierają do 0,25% domieszek stopowych i charakteryzują się dobrą spawalnością. Wykorzystuje się je najczęściej do wykonywania prostych konstrukcji w budownictwie ogólnym. Stale niskostopowe o podwyższonej wytrzymałości zawierają od 0,25 do 2% domieszek stopowych. Mają granicę plastyczności na poziomie 355-690 MPa. Stosuje się je do wykonywania elementów wymagających podwyższonej wytrzymałości. Stale stopowe zawierają ponad 2% domieszek stopowych. Osiągają granicę plastyczności powyżej 690 MPa. Są stosowane do wykonywania elementów o szczególnych wymaganiach wytrzymałościowych.
Gatunki stali konstrukcyjnych
W budownictwie stalowym najczęściej wykorzystuje się stale konstrukcyjne niestopowe: S235, S275 oraz S355, a także stale stopowe: St3S, 15HM, 18G2A, 34HGNM, 10HNDP, 18HGT. Ich nazwy określają minimalną wartość granicy plastyczności w megapaskalach. Im wyższa liczba, tym stal charakteryzuje się wyższą wytrzymałością.
Jaką wytrzymałość mają stale budowlane?
Wytrzymałość stali budowlanych określa się za pomocą dwóch podstawowych parametrów: granicy plastyczności Re oraz wytrzymałości na rozciąganie Rm. Granica plastyczności Re to naprężenie, powyżej którego zaczyna występować trwałe odkształcenie próbki - przechodzi ona ze stanu sprężystego w stan plastyczny. Wytrzymałość na rozciąganie Rm określa naprężenie niszczące, przy którym próbka ulega zerwaniu.
Typowe stale konstrukcyjne stosowane w budownictwie mają granicę plastyczności Re na poziomie 235-690 MPa oraz wytrzymałość na rozciąganie Rm od 370 do 890 MPa. Dla porównania stal zbrojeniowa ma wytrzymałość ok. 500 MPa. Oznacza to, że typowa stal konstrukcyjna ma nawet kilkakrotnie wyższą wytrzymałość niż zbrojenie w betonie.
Czytaj więcej: Materiały do elewacji budynku - Jak wybrać odpowiednie pod względem estetyki i trwałości
Zastosowanie stali w budownictwie mieszkaniowym
W budownictwie mieszkaniowym stal znajduje szerokie zastosowanie jako materiał do wykonywania konstrukcji szkieletowych budynków oraz elementów więźby dachowej. Konstrukcje szkieletowe wykonywane są z zimnogiętych profili stalowych, najczęściej ceowych lub zetowych. Profile łączone są na śruby lub przez spawanie. Konstrukcja szkieletu obrazuje układ ścian nośnych i stropów w budynku.
Zaletą konstrukcji szkieletowych jest szybki montaż na placu budowy oraz duża sztywność całego układu. profile stalowe są też odporne na korozję, gdyż cynkowane ogniowo lub ocynkowane. Stal znajduje także zastosowanie przy wykonywaniu schodów, balkonów, tarasów i elementów wykończenia wnętrz.
Konstrukcje stalowe w budynkach biurowych
Budynki biurowe wymagają zapewnienia dużych, niezakłóconych przestrzeni wewnątrz. Dlatego często projektuje się je w oparciu o konstrukcję stalową. Umożliwia ona tworzenie rozpiętości sięgających kilkudziesięciu metrów bez podpór pośrednich. Stalowe ramy i słupy żelbetowe tworzą stabilny szkielet obiektu. Elementy konstrukcji mogą być spawane na placu budowy lub prefabrykowane i montowane. Dzięki stalom o wysokiej wytrzymałości możliwe jest wznoszenie wysokich budynków biurowych.
Często stosowanymi rozwiązaniami są np. kratownice przestrzenne, mega- i hiperboloidy. Pozwalają one na tworzenie nowoczesnych i reprezentacyjnych wnętrz biurowych. Stal najczęściej zabezpiecza się przed korozją farbami epoksydowymi lub cynkuje. Nowoczesne budynki biurowe to wizytówka wielu miast na całym świecie.
Stal w halach i magazynach przemysłowych
Hale produkcyjne i magazyny to obiekty, w których konstrukcje stalowe znajdują bardzo szerokie zastosowanie. Pozwalają one na wykonywanie wielkoprzestrzennych konstrukcji o dużych rozpiętościach, sięgających nawet 100 m. Typowymi elementami konstrukcyjnymi są tutaj słupy, rygle, wiązary dachowe oraz ściany osłonowe z blach falistych lub paneli warstwowych.
Zwarta zabudowa hal przemysłowych wymaga stosowania ognioodpornych powłok malarskich, które zapewniają wymaganą odporność konstrukcji na ogień. Przy projektowaniu konstrukcji uwzględnia się również obciążenia od suwnic i urządzeń transportu wewnętrznego. Możliwości kształtowania konstrukcji są praktycznie nieograniczone - od prostych hal jednonawowych po wielkoprzestrzenne obiekty złożonej geometrii.
Normy projektowania konstrukcji stalowych
Projektowanie konstrukcji stalowych odbywa się w oparciu o normy, które precyzują wymagania dotyczące obliczeń statycznych i wymiarowania przekrojów. Podstawowymi normami są:
- PN-EN 1993 Eurokod 3 - Projektowanie konstrukcji stalowych
- PN-EN 1991 Eurokod 1 - Oddziaływania na konstrukcje
Normy zawierają m.in. wymagania dotyczące stabilności elementów, obliczeń przekrojów zginanych, rozciąganych i ściskanych, połączeń oraz zaleceń konstrukcyjnych. Określają również wartości współczynników bezpieczeństwa. Stosowanie norm gwarantuje prawidłowy dobór przekrojów i zapewnia odpowiedni poziom bezpieczeństwa i niezawodności konstrukcji stalowych.
Podsumowanie
Stal dzięki swojej wysokiej wytrzymałości i wszechstronności zastosowań jest obecnie podstawowym materiałem konstrukcyjnym w budownictwie. Szerokie spektrum dostępnych gatunków stali pozwala dopasować jej właściwości do wymagań konkretnego projektu. Stale konstrukcyjne z powodzeniem stosowane są w budownictwie mieszkaniowym, komercyjnym i przemysłowym.
Konstrukcje stalowe cechuje prostota i szybkość montażu przy zachowaniu wysokiej nośności i sztywności. Możliwe jest wykonywanie elementów prefabrykowanych i ich sprawny montaż na placu budowy. Stal pozwala na projektowanie nowoczesnych, odważnych konstrukcji o dużych rozpiętościach i smukłej formie. Jest nieodzownym materiałem przy wznoszeniu wysokościowców i wielkoprzestrzennych obiektów przemysłowych.
Aby zapewnić bezpieczeństwo i trwałość konstrukcji, należy przestrzegać obowiązujących norm projektowania. Prawidłowo zaprojektowane i wykonane stalowe konstrukcje budowlane charakteryzują się wysoką nośnością, sztywnością, trwałością i bezpieczeństwem. Stal to niezawodny i wszechstronny materiał, który będzie stanowić trzon konstrukcji jeszcze przez wiele lat.
Materiały i technologie budowlane nieustannie się zmieniają, jednak stal pozostaje niekwestionowanym liderem wśród materiałów konstrukcyjnych. Łączy ona w sobie wysoką wytrzymałość, estetykę, funkcjonalność i ekonomiczność. Dzięki ciągłemu postępowi technologicznemu stal nadal się doskonali, a jej zastosowania w budownictwie będą rosły.
Tagi
Udostępnij artykuł
