Efektywne kształtowanie konstrukcji wiat wolno stojących wymaga zastosowania dachu przewieszonego i jest szczególnie zależne od wyboru rozwiązania układu płatwiowego.
Wiaty wolno stojące stały się w ostatnim czasie rozwiązaniami często proponowanymi w koncepcjach architektonicznych wielu nowych przedsięwzięć budowlanych. Zazwyczaj wykorzystywane są jako zadaszenia stref parkowania lub konstrukcje wsporcze pod instalacje fotowoltaiczne.
Na rynku najczęściej oferowane są rozwiązania systemowe o bardzo podstawowej architekturze oraz o nadmiernie prostych i zupełnie nieefektywnych rozwiązaniach konstrukcyjnych. Oba aspekty, a szczególnie konstrukcyjny, można w znacznym stopniu poprawić.
Fot. @ Jarama – stock.adobe.com
Systematyzacja układów konstrukcyjnych wiat i zadaszeń
Ze względu na sposób wykorzystania (obiekty uzupełniające) wiaty i zadaszenia najczęściej przylegają do innego budynku albo mają konstrukcję niezależną i są usytuowane w niewielkiej odległości od niego. Rozwiązanie, w którym obiekt bezpośrednio przylega do budynku głównego, określa się najczęściej jako zadaszenie. Obiekt o usytuowaniu niezależnym zwykle określa się jako wiatę. Z uwagi na lokalizację wiaty względem budynku i sposób ich połączenia można wyróżnić trzy zasadniczo różne podejścia do konstruowania wiaty. Pierwszym typem są zadaszenia całkowicie oparte na budynku, do którego przylegają. Najczęściej są to zadaszenia o niewielkiej powierzchni, zakotwione w zewnętrznej ścianie nośnej budynku. Przy większej powierzchni wymagają odpowiedniego przygotowania konstrukcji nośnej budynku.
Drugim typem są zadaszenia częściowo oparte na budynku oraz w części na konstrukcji własnej. Połączenie zadaszenia ze ścianą budynku zapewnia skuteczne podparcie zapobiegające przechyłowi podłużnemu i poprzecznemu. W konstrukcjach, w których rezygnuje się ze ścian, zapewnienie odpowiedniej sztywności przeciwdziałającej przechyłowi jest szczególnie trudne. Otwarcie boczne obiektu utrudnia, a często wręcz uniemożliwia usytuowanie pionowych układów stężających.
Przy wykorzystaniu ściany do podparcia wiaty na kierunku pionowym możliwe są dwa przypadki. Jeśli ściana ma wystarczającą nośność, to po jej stronie eliminuje się słupy i fundamenty zadaszenia. W przeciwnym przypadku układ słupów zadaszenia wykonuje się tak, aby siły pionowe w całości lub przynajmniej w większej części zostały przejęte przez konstrukcję własną. Wówczas oparcie zadaszenia na ścianie wykorzystuje się jedynie do stabilizacji bocznej układu.
Rys. 1. Rodzaje rozwiązań wiaty: a) zadaszenie całkowicie oparte na budynku, b) zadaszenie częściowo oparte na budynku, c–e) wiaty wolno stojące wspornikowe i portalowe. Rys. autora
Trzeci typ rozwiązania to wiata wolno stojąca (o konstrukcji niezależnej), która jest najbardziej wymagająca. Układ konstrukcyjny wiaty musi w całości zapewnić odpowiednią sztywność i nośność ze wszystkich stron działania sił i wystąpienia potencjalnych przemieszczeń. Odrębnej uwagi wymagają kierunki: pionowy grawitacyjny, pionowy unoszący, przechyłowy poprzeczny i przechyłowy podłużny [1, 3, 4]. W tym celu specjalizuje się wyodrębnione podukłady konstrukcyjne nośne lub stężające. Wiaty wolno stojące dzieli się na dwa typy rozwiązań konstrukcyjnych. Pierwszy typ to wspornikowe, jedno- i dwustronne. Są one oparte na fundamentach usytuowanych w jednej linii, a ramy złożone są w całości z elementów wspornikowych. Układy te korzystnie wyróżniają się architektonicznie i są wygodne pod względem użytkowym, ale są za to drogie i bardzo wymagające konstrukcyjnie. Nawet przy niewielkich rozmiarach dachu konstrukcja nośna wymaga zastosowania dużych przekrojów oraz masywnego układu fundamentowego.
>>> Konstrukcja hali stalowej – rozwiązania
>>> Kształtowanie belek podsuwnicowych i przestrzennego układu prętowego – stan graniczny użytkowalności
>>> Belki podsuwnicowe – rozwiązania konstrukcyjne
Drugim typem wiat wolno stojących są wiaty portalowe. Mogą one być jedno- lub wielonawowe. W tym rozwiązaniu stosuje się układ słupów i fundamentów usytuowany w dwóch lub większej liczbie równoległych względem siebie linii. Wykorzystuje się ramy portalowe o prostym obrysie albo ze wspornikowymi wysięgami rygli. Wiaty portalowe przeznaczone są do dachów o większej powierzchni i rozpiętości. Podparcie wiaty na słupach rozmieszczonych w kilku liniach istotnie zmniejsza wielkość konstrukcji części naziemnej, ale często utrudnia wygodne użytkowanie obiektu, np. w przypadku wiat parkingowych.
W dalszej części artykułu:
Płatwie – podłużny, belkowy układ nośny wiaty
Podstawowe rozwiązania układów płatwiowych wiat
Korzystne modyfikacje płatwi wiat
Układy ramowe i fundamentowe wiat wspornikowych
Stan graniczny użytkowalności ram wspornikowych – ugięcia i krzywizny
Układy ramowe i fundamentowe wiat portalowych
Sztywność przechyłowa podłużna wiat
Cały artykuł dostępny jest w numerze 1/2025 miesięcznika „Inżynier Budownictwa”.
dr inż. Łukasz Supeł
Politechnika Łódzka Wydział Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska, Katedra Mechaniki Konstrukcji
Literatura
1. A. Biegus, Stalowe budynki halowe, Arkady 2003.
2. J. Goczek, Ł. Supeł, Płatwie z kształtowników profilowanych na zimno, Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, Łódź 2017.
3. A. Kozłowski, Konstrukcje stalowe. Przykłady obliczeń według PN-EN 1993-1, Część 3: Hale i wiaty, Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2021.
4. W. Kucharczuk, Stalowe hale i budynki wielokondygnacyjne, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2004.
