W rozwoju budownictwa stalowego wyróżnić można etapy charakteryzujące się wyraźną zmianą sposobu kształtowania konstrukcji.
W ważnym jego etapie lekka obudowa, wykorzystująca blachy profilowane, w połączeniu z nową generacją lekkich materiałów izolacyjnych, pozwoliła znacznie obniżyć obciążenia stałe, a tym samym istotnie zmniejszyć masę głównego ustroju nośnego budynku. Do dalszego obniżenia wartości obciążeń stałych przyczyniły się kształtowniki profilowane na zimno z blach cienkich, zwane powszechnie giętymi. W tym zakresie od końca lat 90. możemy mówić o dynamicznym wzroście potencjału wytwórczego, którego jednym z ważnych momentów jest utworzenie w końcu 2002 r. przez SCHRAG Polska Sp. z o.o. zakładu produkcyjnego w Konstantynowie Łódzkim.
Kształtowniki gięte na zimno znalazły zastosowanie przede wszystkim jako płatwie dachowe i rygle ścienne. Ich walorami są lekkość, wygodny transport i niezwykle prosty montaż. Znaczenie wyrobów giętych jest obecnie duże i będzie szybko rosło w związku z ogólnym dążeniem do zmniejszenia masy konstrukcji, co współcześnie jest jednym z wyznaczników nowoczesności.
Rys. 1
Technologia wytwarzania
Wyroby gięte powstają w wyniku zagięcia płaskiej blachy w temperaturze pokojowej. Ukształtowany w ten sposób wyrób wykazuje sztywność i nośność nieporównywalnie większą niż wyjściowa blacha. Powierzchnia zewnętrzna kształtowników giętych, w przypadku stosowania materiału wyjściowego w postaci taśm cienkich blach, jest gładka, bez zgorzeliny i ma estetyczną antykorozyjną powłokę metaliczną. Powłoka metaliczna z cynku lub jego stopów z aluminium jest nakładana na blachę przed jej profilowaniem. Zagięcie kształtownika może być formowane stopniowo lub równocześnie na całej długości, zależnie od technologii wytwarzania. Prasy do gięcia formują jedno zagięcie jednocześnie na całej długości kształtownika. Taśma stalowa jest umieszczana na nieruchomej matrycy z odpowiednio wyprofilowanym rowkiem. Od góry naciska listwa profilująca [tłocznik], która wtłacza blachę w rowek matrycy (rys. 1).
SCHRAG Polska posiada jedną z najdłuższych pras krawędziowych w Polsce, która pozwala na profilowanie kształtowników o długości do 12,55 m. Technologia gięcia krawędziowego umożliwia wytwarzanie kształtowników otwartych, w tym półzamkniętych, o praktycznie dowolnych kształtach i wymiarach, a stosowanie przez SCHRAG obrabiarek sterowanych numerycznie zapewnia stuprocentową powtarzalność kształtów i wymiarów oraz bardzo wysoką jakość (rys. 2).
Rys. 2
Zastosowanie elementów profilowanych na zimno
W ostatnich dekadach szczególnie szeroko rozpowszechniły się belki z kształtowników giętych zastosowane na płatwie dachowe i rygle ścienne (rys. 3). Belki z kształtowników tego rodzaju charakteryzują się korzystnym stosunkiem masy do nośności i sztywności. Ich zastosowanie jest uzasadnione względami wykonawczymi i estetycznymi.
Wspierają one lekką obudowę dachową i ścienną, wykorzystującą stalowe blachy profilowane.
Niewielkie grubości blach obudowy i ścianek kształtowników giętych pozwalają na łatwe łączenie ich łącznikami mechanicznymi. Dysponowanie kształtownikami o tej samej wysokości przekroju poprzecznego a różnymi grubościami ścianek umożliwia dostosowanie sztywności giętnej płatwi do rozkładu momentu zginającego. Większa nośność potrzebna jest w przęsłach skrajnych płatwi ciągłych, a także w miejscach powstawania zasp śnieżnych. Na podporach pośrednich większą nośność uzyskuje się stosując zakłady.
Rys. 3
Najpowszechniej stosowanymi kształtownikami są zetowniki, ceowniki oraz ich odmiany z usztywnieniami brzegowymi czy też przegięciami. SCHRAG oferuje takie profile o dowolnych wymiarach przekroju poprzecznego. Ponadto Schrag wytwarza bogaty asortyment kształtowników o nietypowych przekrojach, mających zastosowanie w wielu trudnych do rozwiązania miejscach lekkiej obudowy budynku. Należą do nich na przykład: płatwie okapowe o skośnie nachylonej stopce względem środnika belki, stosowane przy okapie dachu, gdzie płaszczyzny połaci dachowej i ścian nie są do siebie prostopadłe, obrzeża wszelkich otworów w lekkiej obudowie, w tym obrzeża otworów w połaci dachowej, np. świetlików czy pasm świetlnych. Elementy te nie tylko maskują odsłonięte warstwy przegrody, ale przede wszystkim, jako wymian czy podstawa pod świetlik lub pasmo świetlne (rys. 4), przenoszą obciążenia od świetlików czy różnych urządzeń usytuowanych na dachu.
Indywidualnego kształtowania wymagają także rynny zewnętrzne ukryte za attykami oraz rynny wewnętrzne. Kształt przekroju poprzecznego rynny powinien uwzględniać przenoszenie obciążeń grawitacyjnych, umożliwiać odprowadzenie wody oraz skuteczne uszczelnienie. Kolejnymi często stosowanym elementami wykonywanymi z profili giętych są konstrukcje wsporcze lekkich okładzin ściennych i instalacji paneli fotowoltaicznych. Są one wykonywane z profili Z, L, U lub Omega.
Rys. 4
Zachowanie się belek z kształtowników giętych
Profil kształtownika giętego można rozwinąć do linii prostej. Wyprofilowane kształtowniki mają przekroje zawsze otwarte, najczęściej z jedną osią symetrii, niekiedy bez żadnej osi symetrii, ale nigdy o dwóch osiach symetrii.
Belki kształtowane jako swobodne, tj. podparte tylko w przekrojach podporowych, mają niewielką nośność bez względu na sposób obciążenia. Belki z kształtowników giętych o przekroju zetowym lub ceowym wymagają odpowiedniego podparcia, jeśli mają osiągnąć zadowalającą nośność przy zginaniu. Uzyskuje się to przez połączenie ze współpracującą obudową z blach profilowanych. Poszycie z tych blach, odpowiednio połączone z tymi belkami, zapewnia im boczne podparcie w płaszczyźnie poszycia i częściowe ze względu na obrót na całej ich długości. Skoro przekroje poprzeczne belek nie mają dwu osi symetrii, obciążenie powierzchniowe poszycia, przekazywane na nie, wywołuje ich skręcanie lub zginanie ukośne. Wymaga to starannego podparcia przekrojów podporowych, gdzie występują reakcje w trzech kierunkach, a przeniesienie dwu reakcji w kierunku bocznym wymaga podparcia ze względu na obrót (rys. 5). Elementy podporowe łączące te belki z konstrukcją wsporczą są mocowane śrubami. Wymaga to wykonania otworów najczęściej w środnikach belek.
Zastosowanie dodatkowego podparcia stężeniami międzypłatwiowymi znacznie podnosi nośność belek i wymaga wykonania otworów również w wybranych na długości przekrojach. Niekiedy w belkach z kształtowników giętych wymagane są podcięcia, wycięcia czy też ukosowanie. SCHRAG Polska dostarcza element konstrukcyjny gotowy do wbudowania.
Rys. 5
Projektowanie elementów z kształtowników giętych
W kraju stan wiedzy o konstrukcjach z kształtowników giętych jest daleko niezadowalający. Ich przekroje poprzeczne najczęściej ulegają niestateczności miejscowej i dystorsyjnej.
Belki gięte są ekonomiczną alternatywą dla belek z kształtowników walcowanych, przy czym zachowanie się płatwi i rygli ściennych z nich wykonanych, stężonych obudową, jest odmienne od belek walcowanych i jest bardzo złożone. Użycie kształtowników giętych wymaga stosowania zasad kształtowania ustroju czy jego obliczania właściwych elementom z tych kształtowników. Owa specyfika zasadniczo dotyczy różnic stosowanych schematów statycznych, sposobów łączenia belek na długości oraz z głównym ustrojem nośnym, współpracy z poszyciem czy zasad dodatkowego stężania. Stąd zapisy normowe dotyczące konstrukcji z elementów profilowanych na zimno zawarto w odrębnej części Eurokodu 3 (PN-EN 1993-1-3).
Wychodząc naprzeciw oczekiwaniom konstruktorów, Schrag Polska stworzyła program do wstępnego doboru płatwi i rygli Schrag Lite. Program dostępny jest po rejestracji na www. schrag.pl. Schrag oferuje również niezawodne doradztwo techniczne w zakresie obsługi technicznej programu oraz doboru płatwi, rygli i podstaw pod pasma świetlne.
Schrag Polska Sp. z o.o.
ul. Przemysłowa 15
95-050 Konstantynów Łódzki
office@schrag.pl
www.schrag.pl
