Hale łukowe. Samonośne hale łukowe szybkiego montażu

2020-03-03 14:15 dr hab. inż. Ryszard Walentyński, prof. PŚ, dr inż. Robert Cybulski, Katedra Mechaniki i Mostów, Wydział Budownictwa, Politechnika Śląska
hala łukowa
Autor: Shutterstock Dach hali w technologii TB Buildings

Technologia szybkiej budowy łukowych hal stalowych, opracowana w USA, wyróżnia się szybkim tempem realizacji i niskimi jej kosztami. Na rynku światowym istnieje wiele odmian systemowych hal łukowych, a niektóre z nich zaczynają być coraz powszechniejsze także na rynku polskim. Hale łukowe przeszły lub przechodzą trudną drogę dostosowania powstających konstrukcji do panujących w Polsce warunków klimatycznych, a co za tym idzie – do obciążeń działających na omawiane obiekty.

Wybrane systemy samonośnych hal i wiat łukowych

Produkcja na placu budowy
Na podstawie zebranych informacji za pierwowzór wszystkich stalowych samonośnych hal łukowych uważa się pochodzący z USA system ABM (z ang. Automatic Building Machine) produkowany przez MIC Industries. Według wiedzy autorów to jedyna metoda, w której – po wykonaniu fundamentów – pełny, rzeczywisty zakres budowy jest realizowany w docelowym miejscu wznoszenia hali. W skrócie proces ten wygląda następująco: maszynę służącą do prefabrykacji paneli umieszcza się na przyczepie, tworząc „fabrykę na kółkach”, i transportuje na budowę. Z kręgów blachy płaskiej tworzone są panele łukowe potrzebne do budowy hali o danej rozpiętości i wysokości, które po połączeniu w grupy ustawia się na przygotowanym fundamencie za pomocą dźwigu. W otrzymanej powłoce nie ma żadnych połączeń śrubowych czy nitowych, ponieważ łuki ABM łączy się ze sobą, zawalcowując krawędzie przy użyciu przenośnych zagniatarek – takie połączenie zmniejsza ryzyko nieszczelności powłoki.

System ABM występuje w dwóch wariantach różniących się wielkością i kształtem profilu – ABM 120 ma kształt ceownika, a ABM 240 blachy trapezowej. Łuki są wykonywane przy użyciu odpowiednich maszyn – MIC 120 i MIC 240. Bezpieczna rozpiętość hali ABM w warunkach klimatycznych panujących w Polsce waha się w granicach od 16 do 26 m w zależności od położenia obiektu w danej strefie obciążenia śniegiem i wiatrem. Długość hali może być w zasadzie dowolna, a po wybudowaniu można ją w prosty sposób zmodyfikować poprzez dołożenie następnych paneli – to zaleta każdego systemowego rozwiązania dla samonośnych hal łukowych.

Obiekty mogą być wyposażone w bramy wjazdowe montowane w czołowych ścianach hali lub po jej długości. W powłoce można także zainstalować świetliki dachowe doświetlające wnętrze.
Panele łukowe ABM mogą być ponadto wykorzystane do konstruowania różnego typu hal. Podstawowe zalety systemu ABM to:

  • produkcja i montaż na miejscu z możliwością korekty elementów nawet tuż przed ich mocowaniem,
  • mniejsze ryzyko opóźnień dostaw prefabrykatów,
  • szczelność powłoki i brak ognisk korozji,
  • szybkość instalacji (konkurencyjna do technologii tradycyjnych) przy niewielkiej liczbie pracowników.

Prefabrykowane panele łukowe
Elementy samonośnych hal łukowych mogą być wytwarzane jako prefabrykaty. Jednym z takich rozwiązań jest system słowackiej firmy Hupro, w którym wykorzystuje się stalowe panele łukowe całkowicie prefabrykowane w zakładzie produkcyjnym. Podstawowa część łuku wykonana jest ze stali konstrukcyjnej S320GD, powleczonej alucynkiem oraz warstwą ochronną, a grubość segmentów zależy od szerokości obiektu oraz warunków klimatycznych i wynosi od 0,8 do 2 mm. Panele łukowe (o przekroju poprzecznym w kształcie litery W) łączy się ze sobą już na placu budowy za pomocą nierdzewnych śrub, tworząc kompletne łuki hali, które są później podnoszone dźwigiem i mocowane do fundamentów przy użyciu kotew. System pozwala na wznoszenie budynku o rozpiętości sięgającej niemal 50 m, bez dodatkowej konstrukcji nośnej.

hala łukowa hupro
Autor: R. Walentyński Hala w systemie Hupro

Innym systemem hal łukowych wykonywanych z prefabrykowanych łuków jest TG Buildings, który powstał na bazie produktu amerykańskiego. Przystosowano go do europejskich warunków klimatycznych, a także obowiązujących norm polskich i europejskich. Łuki składają się z paneli kształtowanych pojedynczo w prasach krawędziowych, jednocześnie prasowane są otwory pod śruby montażowe, co zapewnia pełną powtarzalność i dopasowanie otworów. Wytwarza się je z blachy S350GD pokrytej alucynkiem (w opcji dodatkowo powleczonej lakierem). Grubość blachy zależy od lokalizacji hali w danej strefie obciążenia śniegiem i wiatrem. Hale w tym systemie montuje się ręcznie – lekkie elementy o szerokości 0,6 i dł. 3 m łączy się na zakład i skręca śrubami na całym obwodzie (ew. dodatkowo uszczelnia taśmą izolacyjną). Do mocowania natomiast – zależnie od podłoża – używa się m.in. tzw. konektorów montażowych, kształtowników HEB bądź wykonuje specjalne korytka betonowe.

Hala łukowa w systemie TG Buildings jest projektowana i produkowana w całości jako komplet poza miejscem budowy – oprócz elementów łuków o zadanym kształcie zawiera on wszelkie akcesoria montażowe, naświetla i inne zgodnie z projektem. Dostępne są cztery typy hal: D, A, C i K. Ostatnie – najpopularniejsze – mają kształt pełnego łuku i pozwalają na wybudowanie hali o szerokości od 6 do 29 m i wysokości od 3,5 do 9,2 m.

Na rynku obecny jest również system stalowych dachów łukowych austriackiej firmy Peneder Feuerschutz montowanych z prefabrykowanych paneli. W odróżnieniu od systemu ABM oraz Hupro, w których elementy łukowe mają poprzeczne karbowanie powstałe w wyniku prefabrykacji, panele tego producenta są gładkie, co może wpływać korzystnie na estetykę dachu. Najczęściej wykorzystuje się go do budowy zadaszeń i wiat. Rozpiętość łuku może sięgać nawet 25 m.

wiata
Autor: R. Walentyński Wiata w systemie ABM 120

Hale łukowe z ociepleniem

Najprostszym sposobem ocieplenia jednopowłokowej hali łukowej jest wykonanie po jej zmontowaniu natrysku – od wewnątrz lub na zewnątrz – warstwy izolacji, np. z pianki poliuretanowej.

W przypadku hal Hupro producent opracował własny system konstrukcyjny ocieplenia, który pozwala dostosować grubość izolacji oraz uzyskać ognioodporność i parametry akustyczne zgodne z wymogami inwestora. Hale łukowe mogą być także wykonane w wersji dwupowłokowej, tzn. zewnętrzną i wewnętrzną część łuku stanowią prefabrykowane stalowe panele, a między nimi znajduje się warstwa ocieplenia z wełny mineralnej. Na przykład w technologii ABM 240 izolację termiczną zabezpiecza się od góry membraną paroprzepuszczalną, a od spodu paroszczelną (chroniącą ocieplenie przed wilgocią), układanymi na zakładkę. Ponadto powierzchnie boczne panelu wewnętrznego mają perforacje, które rozpraszają i pochłaniają fale akustyczne, poprawiając komfort akustyczny w hali. Ze względu na polskie warunki klimatyczne takie rozwiązanie musi być zaprojektowane i zrealizowane bardzo starannie, aby nie powstały mostki termiczne, a materiał izolacyjny nie uległ zawilgoceniu (należy zwrócić uwagę na punkt rosy).

Hal w systemie ABM 120
Autor: R. Cybulski Hal w systemie ABM 120 z częściowo niezabudowanymi ścianami frontowymi

Hale łukowe - estetyka i wyposażenie

Elementy systemów łukowych hal samonośnych wykonuje się ze stali ocynkowanej lub pokrytej alucynkiem i powleczonej lakierem ochronnym. Panele dostępne są w szerokiej gamie kolorystycznej, co umożliwia dobór odpowiedniej barwy – w przypadku rozwiązań dwupowłokowych zarówno powłoki zewnętrznej, jak i wewnętrznej. Samonośne hale łukowe mogą być wyposażone w świetliki dachowe oraz naświetla z poliwęglanu wielokomorowego lub szkła bezpiecznego. Można w nich również montować różnego typu bramy (zwykle przesuwne lub segmentowe) – w ścianie czołowej i w samej powłoce hali. Obiekty mogą być ogrzewane np. za pomocą pomp ciepła lub innych dostępnych nośników energii.

Ustawianie segmentu montażowego hali
Autor: R. Cybulski Ustawianie segmentu montażowego hali łukowej

Budowa hali łukowej systemu ABM 120

Poniżej zwięźle przedstawiamy budowę hali na przykładzie systemu ABM 120. W pierwszym etapie należy wykonać fundamenty. Powłoka łukowa – w zależności od koncepcji architektonicznej obiektu – może zostać oparta bezpośrednio na ławach fundamentowych, ścianach, a także palach lokalizowanych pod słupami wspornikowymi.
Kolejnym etapem jest montaż elementów samonośnego dachu łukowego. Na plac budowy przywożona jest maszyna ABM MIC 120 służąca do prefabrykacji paneli. Materiał wsadowy stanowi zwinięta w kręgi blacha o grubości 1 i szerokości 600 mm gatunku S280GD lub S320GD. Krąg wprowadzany do maszyny wyginany jest w tzw. panel prosty o przekroju w kształcie litery U; urządzenie automatycznie przycina profil do wymaganej długości. Następnie przenosi się go na sąsiednie stanowisko i ponownie wprowadza do tej samej maszyny, która wygina go w łuk. Po wygięciu powierzchnia paneli jest poprzecznie pofalowana (karbowana).
W dalszej kolejności poszczególne panele są łączone w segmenty montażowe. W technologii ABM odbywa się to poprzez zagięcie zamka specjalną zagniatarką. Segment montażowy – złożony przeważnie z sześciu paneli złączonych ze sobą na ziemi – jest podnoszony dźwigiem i ustawiany na podporach w miejscu docelowym.
Powłokę łączy się z fundamentem poprzez przykręcenie śrubami do blach. Połączenie poszczególnych segmentów montażowych hali wykonuje się z wykorzystaniem maszyny zaciskowej. W efekcie tych prac powstaje szczelna hala o rozpiętości do 20 m. Szacunkowa trwałość przekryć wykonywanych w technologii ABM 120 wynosi do 25 lat, pod warunkiem właściwego użytkowania. Hale te mogą być z powodzeniem wykorzystywane jako budynki inwentarskie, magazyny, hale produkcyjne.

Montaż powłoki do ściany lub fundamentu
Autor: R. Cybulski Montaż powłoki do ściany lub fundamentu

W artykule przedstawiono wybrane systemy budowy samonośnych łukowych hal i wiat. Istnieje jeszcze wiele innych, które bazują na podobnych konstrukcjach. Nie ma lepszego czy gorszego rozwiązania technicznego, wszystkie one spełniają warunki bezpiecznego użytkowania dla zakresu ch maksymalnych rozpiętości. Wybór systemu, w którym ma być wykonana hala czy wiata łukowa, zwykle jest uwarunkowany ceną, wymaganą rozpiętością oraz subiektywnym poczuciem estetyki inwestora.

Czy artykuł był przydatny?
Przykro nam, że artykuł nie spełnił twoich oczekiwań.
Czytaj więcej