NOWOCZESNE HALE 1/08 | TECHNIKI I TECHNOLOGIE
dr hab. inŹ�. Witold Kucharczuk
RODZAJE hal stalowych
oraz ich rozwiązania konstrukcyjne
 CZ. I
harakterystycznymi cechami tych systemów są sze-
W budownictwie stalowym
rokie wykorzystanie gotowych wyrobów hutniczych
Ci przetwórstwa hutniczego oraz proste rozwiązania
w Polsce obserwuje się
połączeń. W konstrukcji hal jest wykorzystywana sztywność
tarczowa obudowy dachu i ścian, a w konstrukcji budynków
stały postęp. Otwarcie kraju
wielokondygnacyjnych  współdziałanie elementów stalo-
wych z betonem.
na inwestycje zagraniczne
Rodzaje hal
spowodowało szeroką ekspansję
Ze względu na przeznaczenie rozróżnia się hale:
 przemysłowe (produkcyjne i magazynowe),
zachodnioeuropejskich
w
 obsługowe (hangary, zajezdnie, stacje obsługi samocho-
dów),
systemów budownictwa
 użyteczności publicznej (handlowe, wystawowe, sporto-
we, widowiskowe, dworcowe itp.).
stalowego, opartych na
Najliczniejszą grupę hal o konstrukcji stalowej stanowią hale
przemysłowe. Zastosowanie konstrukcji stalowych w halach
wysokorozwiniętej technologii
przemysłowych umożliwia łatwe spełnienie zróżnicowanych
wymagań technologicznych w zakresie rozpiętości i obciążeń,
północnoamerykańskiej.
a także umożliwia przystosowanie konstrukcji do zmian tech-
nologii i odmiennego użytkowania obiektu. Również montaż
i rozbiórka konstrukcji przebiegają szybko i nie powodują
żadnych trudności.
W budownictwie użyteczności publicznej oprócz wymagań
funkcjonalnych należy spełnić indywidualne wymagania ar-
chitektoniczne w zakresie kształtu i wymiarów bryły budynku
oraz faktury i koloru elewacji. Trzeba również uwzględnić
specyfikę realizacji obiektów, zwykle w istniejącej zabudowie
i na ograniczonym terenie.
Czynniki te spowodowały, że w krajach najbardziej uprze-
mysłowionych powszechnie stosowane są konstrukcje
42
TECHNIKI I TECHNOLOGIE | NOWOCZESNE HALE 1/08
szkieletowe, a przede wszystkim lekkie konstrukcje sta- Moduł konstrukcyjny, określający położenie osi elementów
lowe. konstrukcyjnych w planie, przyjęto jako wielokrotność modułu
Ze względów ekonomicznych inwestycje powinny być re- funkcjonalnego.
alizowane szybko. Aby to umożliwić, elementy konstrukcji W obiektach o konstrukcji i obudowie projektowanych indy-
i obudowy budynków należy wytwarzać metodami przemy- widualnie stosowanie wymiarów modułowych jest zalecane,
słowymi, a ich montaż winien być łatwy i szybki. lecz nieobowiązujące.
W warunkach gospodarki zarządzanej centralnie wymaga- W obliczeniach statycznych hal przyjmuje się następujące
nia te najlepiej spełniały konstrukcje systemowe. Najczęściej obciążenia:
stosowanymi w Polsce systemami konstrukcyjno-technolo-  obciążenia stałe wg PN-82/B  02001;
gicznymi były:  obciążenie śniegiem wg PN-80/B  02010/Az1: 2006;
 w budownictwie przemysłowym  Zintegrowany System stosunku do PN-80/B  02010 wprowadzono nową mapę
Lekkich Stalowych Hal Ocieplonych  Mostostal , podziału Polski na strefy obciążenia śniegiem gruntu, nowe
 w budownictwie ogólnym  Zintegrowany System Lekkiego wartości charakterystyczne obciążenia śniegiem i nowy
Szkieletu Stalowego  ZLS. (zwiększony) współczynnik obciążenia;
Systemy zawierały zbiory elementów konstrukcyjnych o zu-  obciążenie wiatrem wg PN-77/B  02011;
nifikowanych połączeniach oraz zestawy projektów typo-  obciążenia suwnicami wg PN-86/B  02005;
wych i powtarzalnych (kodowych). Posługiwanie się skoń-  obciążenia instalacjami, które należy ustalać indywidualnie
czonym zestawem elementów było dogodne ze względów w zależności od przewidywanego wyposażenia instalacyj-
wykonawczych, lecz ograniczało możliwości racjonalnego nego hali.
projektowania. W szczególnych przypadkach konieczne może być uwzględ-
Obecnie, w warunkach dużej konkurencji na rynku budowlanym nienie dodatkowych obciążeń związanych z technologią pro-
konstrukcję obiektu należy projektować w dostosowaniu do in- dukcji, np. obciążenie pyłem.
dywidualnych wymagań architektonicznych i użytkowych. Zasady ustalania wartości obciążeń są podane w PN-
Wiele rozwiązań systemowych zachowało aktualność i mogą 82/B-02000. W obliczeniach należy uwzględnić obciążenia
być nadal stosowane w indywidualnych projektach obiektów występujące w stadiach eksploatacji i montażu, a w szczegól-
o prostej architekturze, takich jak hale produkcyjne, handlowe nych przypadkach także w stadiach wykonania, transportu,
i magazynowe, o rozpiętościach do 36 m. magazynowania i naprawy elementów konstrukcji. Obliczenia
Rozwiązania konstrukcyjne hal o większych rozpiętościach należy wykonywać z uwzględnieniem najbardziej niekorzyst-
(hale sportowe, widowiskowe itp.) oraz o specjalnym prze- nych kombinacji obciążeń. Kombinacje obciążeń ustala się
znaczeniu (np. hangary lotnicze) powinny być opracowywane w zależności od rozpatrywanego stanu granicznego wg PN-
indywidualnie, odpowiednio do funkcji obiektu i jego formy 76/B  03001.
architektonicznej. Wybrane przykłady takich typów hal zo- Konstrukcje hal w budownictwie ogólnym i przemysłowym
staną omówione w innym artykule. są wykonane głównie ze stali niestopowych konstrukcyjnych
wg PN-EN10025-2: 2005/U/.
Ogólne zasady projektowania konstrukcji hal
Rozstawy słupów oraz wysokość hal systemowych przyjmo- Podstawowe układy konstrukcyjne hal
wano według zasad koordynacji modularnej [1]. Elementy ustroju nośnego
W systemach hal przemysłowych przyjęto moduł poziomy W układzie konstrukcyjnym każdej hali można wyodrębnić
konstrukcji równy 3 m i jego parzystą wielokrotność oraz główny ustrój nośny oraz konstrukcje wsporcze obudowy ścian
moduł pionowy równy 1,2 m. i dachu (rys. 2). W halach przemysłowych mogą występować
Zasady usytuowania elementów konstrukcji względem osi dodatkowo elementy związane z transportem wewnętrznym,
modularnych w Zintegrowanym Systemie Hal  Mostostal takie jak belki suwnic podwieszonych lub natorowych, oraz
przedstawiono na rys. 1. konstrukcje pomocnicze, takie jak antresole, pomosty itp.
Słupy ścian podłużnych i szczytowych usytuowano w tym Głównymi ustrojami nośnymi są te, które przenoszą na fun-
systemie stycznie do osi siatki modularnej, a wysokość mo- damenty większość obciążeń hali. Mogą nimi być:
dularną hali przyjęto jako równą wysokości ścian. Umożliwiło  ustroje poprzeczne płaskie stężone w kierunku podłużnym,
to maksymalną unifikację elementów konstrukcji dachu oraz  ustroje przestrzenne.
obudowy dachu i ścian zaprojektowanych w postaci powtarzal-
nych segmentów. W pozostałych systemach słupy usytuowano Układy poprzeczne płaskie
na siatce modularnej osiowo w obu kierunkach, a jako wysokość Hale o płaskich ustrojach nośnych są najbardziej rozpowszech-
modularną hali przyjmowano jej wysokość w świetle. nione ze względu na łatwość wytwarzania, transportu i monta-
W systemie ZLS wobec większego zróżnicowania i rozdrob- żu. Do ustrojów płaskich zalicza się: ramy z ryglem kratowym
nienia funkcji w budownictwie ogólnym przyjęto mniejsze i ramy kratowe oraz ramy pełnościenne.
moduły projektowe: Stosuje się je zarówno w halach jedno-, jak i wielonawowych.
 moduł funkcjonalny poziomy równy 600 mm, określający Ustroje poprzeczne zapewniają geometryczną niezmienność
położenie elementów obudowy, układu w jednym kierunku, natomiast w kierunku prostopa-
 moduł wysokościowy równy 300 mm. dłym zapewnia się ją za pomocą stężeń.
43
NOWOCZESNE HALE 1/08 | TECHNIKI I TECHNOLOGIE
Układy ram z ryglami kratowymi i ramy kratowe
Układy, w których wiązary dachowe są oparte przegu-
bowo na słupach, noszą nazwę układów słupowo-wią-
zarowych.
Podstawowe schematy konstrukcyjne głównego ustroju no-
śnego hal słupowo-wiązarowych systemu  Mostostal przed-
stawiono na rys. 3.
Główne zalety układów słupowo-wiązarowych to:
 stosunkowo duża sztywność w kierunku poprzecznym za-
pewniająca dobrą eksploatację suwnic,
 łatwość montażu wynikająca (przy poprawnym projek-
cie) ze samostateczności dużych, scalonych elementów
dachu,
 łatwość adaptacji hali w przypadku zmiany jej przezna-
czenia.
Wady tych układów są następujące:
 przekazywanie na grunt dużych momentów zginających
Rys. 1. Zasady modularnego kształtowania hal ocieplonych systemu  Mostostal :
a) układ osi podłużnych i poprzecznych (moduł poziomy), w związku z utwierdzeniem słupów w fundamentach,
b) wysokości modularne hal (moduł pionowy)
 powstawanie dysproporcji w ciężarze słupów, belek pod-
suwnicowych i wiązarów w halach o małych lub średnich
rozpiętościach naw.
Na rys. 4 przedstawiono ustroje trójprzegubowe złożone
z wiązara i słupów, z których jeden jest utwierdzony w fun-
damencie. Tego typu statycznie wyznaczalne układy hal sto-
suje się wszędzie tam, gdzie można spodziewać się znacznej
podatności podłoża spowodowanej na przykład eksploatacją
górniczą. Inne schematy ram z elementami kratowymi przed-
stawiono na rys. 5.
Na rys. 5a wiązar jest połączony sztywno ze słupami utwier-
dzonymi w fundamentach, co jest zalecane w halach wysokich
Rys. 2. Przykładowy układ konstrukcji i obudowy hali ramowej [2]
(szczególnie gdy H/L>1) w celu zmniejszenia przemieszczeń
poziomych.
Główne zalety ustroju ramowego z ryglem kratowym to:
 duża sztywność umożliwiająca stosowanie ciężkich suwnic,
 wyrównanie momentów zginających w całym przekroju
poprzecznym, pozwalające na racjonalne rozmieszczenie
Rys. 3. Schematy głównego ustroju nośnego hal słupowo-wiązarowych systemu
materiału.
 Mostostal :
a) bez suwnic, b) z suwnicami podwieszonymi, c) z suwnicami natorowymi [3]
Wady tego ustroju są następujące:
 duża wrażliwość na nierównomierne osiadanie słupów,
eliminująca stosowanie tego typu hal na terenach górni-
czych,
 trudniejszy montaż (konieczność stosowania dodatkowych
stężeń poziomych w strefie przypodporowej wiązara).
Rys. 4. Ustroje słupowo-wiązarowe stosowane na terenach szkód górniczych: a) bez
suwnic, b) z suwnicami podwieszonymi
Ramy kratowe (rys. 5b) mają zastosowanie w halach przemy-
słowych o dużych rozpiętościach oraz w hangarach. W budyn-
kach nieprzemysłowych kształt ram jest dostosowany do for-
my architektonicznej budynku. Zazwyczaj są one przegubowo
połączone z fundamentami.
Wybór układu konstrukcyjnego hali zależy od jej rozpiętości
i wysokości, rodzaju transportu wewnętrznego oraz warunków
Rys. 5. Rama z ryglem kratowym (a) i rama kratowa (b)
gruntowych. W halach bez suwnic, posadowionych na podłożu
44
TECHNIKI I TECHNOLOGIE | NOWOCZESNE HALE 1/08
jednorodnym korzystne może być zastosowanie ciągłego układu
ramowego.
Przykład indywidualnego rozwiązania konstrukcyjnego ta-
kiej hali przedstawiono na rys. 6. Siatka słupów hali wynosi
14,1 m x 14 m, a jej wysokość użytkowa  8 m. Głównym
ustrojem nośnym hali są sześcioprzęsłowe ramy poprzecz-
Rys. 6. Przykład konstrukcji wielonawowej hali o ciągłym układzie ramowym
ne o rozpiętości przęseł 14,1 m. Słupy ram są utwierdzone
w stadium montażu [4]
w fundamentach i połączone sztywno z kratowym ryglem.
Na ramach są oparte jednoprzęsłowe płatwie kratowe, któ-
rych pasy dolne połączono cięgnami o regulowanej długości
z pasami dolnymi rygli i słupami ram w celu zapewnienia
im bocznego podparcia. Konstrukcja przekrycia hali została
zaprojektowana z uwzględnieniem współpracy z blachą fał-
dową obudowy dachu, która jako tarcza przenosi obciążenia
poziome prostopadłe do ram na stężenia pionowe usytuowane
w ścianach podłużnych. Dzięki temu wnętrze hali jest wolne
od stężeń. Zużycie stali wynosi 20,5 kg na metr kwadratowy
i jest o około 15% mniejsze w porównaniu z konstrukcją ana-
logicznej hali o układzie słupowo-wiązarowym.
W przypadku gdy wymogi technologii narzucają duży rozstaw
słupów w obu kierunkach oraz dwukierunkowe podwieszenie
ciągów transportowych i instalacyjnych, dachy hal kształtuje się
w postaci segmentów opartych na słupach utwierdzonych w fun-
damentach. Przykładem takich rozwiązań są hale o przykryciach
strukturalnych [5, 6] oraz pilastych (szedowych) [7].
Układy ram pełnościennych
Charakterystyczne schematy ram jednonawowych systemu
 Mostostal przedstawiono na rysunku 7a-c. Rys. 7. Schematy ram pełnościennych: a-c) rozwiązania systemowe [3], d-g) rozwią-
zania indywidualne
W halach niskich bez suwnic i z suwnicami podwieszonymi
stosuje się na ogół przegubowe połączenia słupów z fun-
damentami, a w halach wysokich i w halach z suwnicami
natorowymi  sztywne. Połączenia przegubowe pozwalają
na zmniejszenie wymiarów fundamentów, co ma szczególnie
istotne znaczenie w przypadku słabych gruntów. Przykładowe
ustroje nośne hal przedstawiono na rysunkach 8 i 9. Słupy
wewnętrzne hal wielonawowych bez suwnic oraz z suwnicami
podwieszonymi były projektowane jako dwuprzegubowe (wa-
Rys. 8. Główny ustrój nośny dwunawowej hali ramowej z suwnicami podwieszonymi [2]
hacze). W rozwiązaniach systemowych rygle ram miały jedna-
kowy przekrój na całej ich długości. Bardziej ekonomiczne jest
wzmocnienie rygli na odcinkach przypodporowych lub zasto-
sowanie ściągu. Zastosowanie ściągu umożliwia zmniejszenie
siły rozporu rygla i momentów zginających w ryglu i słupach.
Powoduje to redukcję zużycia stali średnio o 40% [8]. Na ry-
sunku 10 przedstawiono konstrukcję hali ramowej ze ściągiem
w stadium montażu. Jest to hala produkcyjna o rozpiętości
18,0 m i wysokości modułowej 8,4 m z suwnicami podwie-
szonymi o udz
wigu Q = 32 kN.
Rys. 9. Główny ustrój nośny dwunawowej hali ramowej z suwnicami natorowymi [2]
Ramy wieloprzęsłowe z rysunku 7d i e są stosowane, gdy zale-
ży nam na bezpośrednim odprowadzeniu wody z dachu na ze-
wnątrz. Ramy mansardowe ze ściągiem (rys. 7f) są szczególnie
ekonomiczne przy dużych rozpiętościach, a ramy portalowe
dwuprzegubowe z suwnicami natorowymi (rys. 7g) są sto-
sowane sporadycznie na słabych gruntach lub w przypadku
ciężkich suwnic.
Piśmiennictwo opublikujemy z cz. II artykułu. Rys. 10. Przykład konstrukcji hali ramowej ze ściągiem [8]
45