EN
EN
2026/06/21
A złoża stalowe to szkielet połączonych ze sobą elementów ułożonych w trójkąty, który przekształca obciążenia zginające w czyste siły osiowe – rozciągające i ściskające – działające w każdym elemencie. Mocny belka opiera się na zginaniu, rozprowadzając naprężenia w sposób nierównomierny przez swoje przekrój poprzeczny – materiał znajdujący się w pobliżu osi obojętnej wnosi niewielki wkład. Kratownica natomiast wykorzystuje każdy kilogram stali do przenoszenia sił rozciągających lub ściskających wzdłuż osi poszczególnych elementów. Efektem jest konstrukcja zdolna do pokonywania rozpiętości, których nie byłaby w stanie osiągnąć belka o takiej samej masie.
Trójkąt jest jedynym wielokątem, którego kształt nie może się zmienić bez zmiany długości boków. A złoża stalowe wykorzystuje tę zasadę, dzieląc prostokątną ramę na trójkąty. Górny pas przenosi ściskanie — nacisk skierowany w dół od obciążeń dachu, śniegu oraz własnej wagi. Dolny pas przenosi rozciąganie — siłę rozciągającą zapobiegającą rozchodzeniu się kratownicy w miejscach podparcia. Elementy środnikowe — pionowe i przekątne — przenoszą obciążenia między pasami. To, które elementy są ściskane lub rozciągane, zależy od konfiguracji kratownicy oraz od rodzaju obciążenia, a właśnie to różni jeden typ kratownicy od drugiego.
Magazyn logistyczny w północno-wschodnich Chinach wymagał dachu bezpodporowego o rozpiętości 40 metrów — każda wewnętrzna kolumna zakłócałaby przejścia dla wózków widłowych. Belka pełna musiałaby mieć wysokość przekroju zbliżoną do 2 metrów, co zmniejszyłoby wolną wysokość pomieszczenia i zwiększyło masę własną. A złoża stalowe — konfiguracja Pratt o głębokości 3,2 m — osiągnęła rozpiętość przy użyciu standardowych, walcowanych na gorąco belek H. Przekątne zostały ułożone tak, że dłuższe elementy przenosiły siły rozciągające (co jest efektywne w stali), a krótsze elementy pionowe — siły ściskające. Łączna masa stali była około o 40 % mniejsza niż w przypadku odpowiedniego rozwiązania z belki pełnej, a otwarta kratownica umożliwiała przejście przewodów, rurociągów instalacji gaśniczej i oświetlenia przez kratownicę, a nie pod nią.
Warren złoża stalowe korzysta z trójkątów równobocznych lub równoramiennych z naprzemiennymi przekątnymi i bez elementów pionowych. Obciążenia naprzemiennie powodują występowanie sił rozciągających i ściskających w kolejnych przekątnych. Jest to najprostszy typ do wykonania, ponieważ długości elementów i kąty połączeń powtarzają się. Kratownice Warrena nadają się do rozpiętości od 15 do 60 m, gdy akceptowalna jest jednolita głębokość, a obciążenie jest symetryczne.
Pratt złoża stalowe skierowuje przekątne na zewnątrz i w dół od środka w kierunku podpór, powodując, że dłuższe przekątne są rozciągane, a krótsze elementy pionowe ściskane pod wpływem obciążenia grawitacyjnego. Jest to rozwiązanie efektywne, ponieważ stal lepiej wytrzymuje rozciąganie niż ściskanie – długie elementy rozciągane unikają wyboczenia. Kratownice typu Pratt nadają się do rozpiętości od 20 do 80 metrów i są najczęściej wybieranym rozwiązaniem dla dachów budynków przemysłowych.
Howe złoża stalowe jest odwróceniem kratownicy Pratt: przekątne nachylone są do wewnątrz i w górę od podpór, co powoduje, że przekątne są ściskane, a elementy pionowe rozciągane. Jest to mniej efektywne w konstrukcjach stalowych (długie elementy ściskane są narażone na ryzyko wyboczenia); kratownice Howe są częściej stosowane w konstrukcjach drewnianych. W konstrukcjach stalowych stosuje się je tam, gdzie podmuchy wiatru powodują podnoszenie się konstrukcji, odwracając normalny schemat obciążenia.
Fink złoża stalowe dzieli podstawowy trójkąt na mniejsze trójkąty wychodzące od środka, tworząc sieć w kształcie wachlarza, która zmniejsza długości niewspartych cięciw. Kratownice typu Fink są standardem dla stropodachów mieszkalnych i lekkich obiektów komercyjnych o nachyleniu 10–25 metrów — zużywają mniej stali na metr kwadratowy niż kratownice typu Warren lub Pratt przy krótkich i średnich rozpiętościach oraz stromych nachyleniach.
Wybór dla projektu złoża stalowe rozpoczyna się od czterech pytań. Po pierwsze: jaka jest rozpiętość wolna? Określa to głębokość kratownicy — zwykle wynosi ona od 1/10 do 1/15 rozpiętości dla dachów i od 1/8 do 1/12 rozpiętości dla mostów. Po drugie: jakie są obciążenia — stałe, użytkowe, śniegiem i wiatrem — ponieważ asymetryczne obciążenie może sprawiać, że kratownica typu Pratt jest bardziej odpowiednia niż typu Warren. Po trzecie: jaka jest dostępna wolna wysokość? Płaska kratownica wymaga cięższych pasa górnych i dolnych; głęboka kratownica może kolidować z instalacjami technicznymi. Po czwarte: czy kratownica będzie widoczna? Kratownica wystawiona architektonicznie złoża stalowe w przestrzeni publicznej może uzasadniać wizualnie atrakcyjny układ Warrena, nawet jeśli układ Pratt jest nieznacznie bardziej wydajny.
A złoża stalowe jest tak silna, jak jej połączenia. Połączenia śrubowe z płytkami wzmocnieniowymi są standardem przy montażu na budowie — umożliwiają one regulację i inspekcję. Połączenia spawane zapewniają większą sztywność dla kratownic wykonywanych w warsztacie i dostarczanych gotowych do montażu. Wzmocnienia boczne — łączące sąsiednie kratownice krokwiakami i krzyżowymi elementami wzmocnieniowymi — zapobiegają wyboczeniu poszczególnych kratownic poza płaszczyznę. Ochrona przed korozją — ocynkowanie ogniowe w przypadku ekspozycji na zewnątrz zgodnie z normą ISO 1461, farby intumescencyjne w przypadku wnętrz wymagających odporności ogniowej — musi zostać określona już na etapie projektowania.
Cztery podstawowe złoża stalowe rodzaje kratownic to Warrena (przekątne naprzemienne, bez słupków pionowych), Pratt (długie przekątne w stanie rozciągania pod wpływem obciążenia grawitacyjnego), Howe (przekątne w stanie ściskania pod wpływem obciążenia grawitacyjnego) oraz Fink (układ przypominający wachlarz, stosowany w dachach nachylonych). Każdy z tych typów optymalizuje siły działające w poszczególnych prętach w inny sposób.
Pratt złoża stalowe umieszcza dłuższe pręty przekątne w stanie rozciągania, a krótsze słupki pionowe w stanie ściskania pod wpływem obciążenia grawitacyjnego. Stal lepiej sprawdza się w stanie rozciągania niż w stanie ściskania — długie pręty rozciągane unikają wyboczenia — co czyni kratownicę Pratt najbardziej efektywnym rozwiązaniem konstrukcyjnym dla dachów przemysłowych.
A złoża stalowe rozpiętości od 10 metrów dla dachowej kratownicy Fink przeznaczonej do budynków mieszkalnych po ponad 100 metrów dla głębokich kratownic Warrena lub Pratt stosowanych w hali lotniczych i stadionach. Wysokość kratownicy rośnie wraz ze zwiększaniem się rozpiętości — zwykle wynosi ona od 1/10 do 1/15 rozpiętości dla dachów.
Połączenia śrubowe są standardem dla montażu na miejscu złoża stalowe konstrukcje — umożliwiają regulację i są podległe inspekcji. Połączenia spawane zapewniają wyższą sztywność i nadają się do kratownic wykonanych w warsztacie i dostarczanych gotowych. Wybór zależy od logistyki produkcji i montażu.
Warrena złoża stalowe wykorzystuje naprzemienne przekątne tworzące trójkąty równoboczne bez słupków pionowych — jest łatwa w wykonaniu. Kratownica Pratt dodaje słupki pionowe i umieszcza przekątne w stanie rozciągania pod wpływem obciążeń grawitacyjnych — jest bardziej efektywna przy użyciu stali, ale nieco bardziej skomplikowana.
A złoża stalowe w warunkach zewnętrznych wymaga ocynkowania ogniowego zgodnie z normą ISO 1461 lub wielowarstwowego systemu farb. Kratownice wewnętrzne w suchych pomieszczeniach mogą wymagać jedynie podkładu. W zastosowaniach wymagających odporności ogniowej należy stosować farby intumescencyjne o określonej grubości suchej warstwy.
Zapoznaj się z najnowszymi wiadomościami o firmie, przypadkami projektowymi oraz spostrzeżeniami branżowymi.
