artykuł
marzec 1, 2021

Projektowanie konstrukcji stalowych

Poznaj proces projektowania konstrukcji stalowych.

Stal jest powszechnie stosowanym materiałem konstrukcyjnym.
Stal ma wiele zalet w porównaniu z innymi konstrukcyjnymi materiałami budowlanymi, takimi jak beton, drewno, tworzywa sztuczne i nowsze materiały kompozytowe.

Wpływ konstrukcji stalowych na  środowisko naturalne

Stal jest jednym z najbardziej przyjaznych środowisku materiałów - w 100% nadaje się do recyklingu, a według Amerykańskiego Instytutu Żelaza i Stali jest najczęściej przetwarzanym materiałem w Stanach Zjednoczonych, co sprawia, że stal ma praktycznie neutralny wpływ na środowisko naturalne.

Zalety stali

Stal, w przeciwieństwie do drewna, nie wypacza się ani nie skręca, nie rozszerza się i nie kurczy pod wpływem czynników atmosferycznych. W przeciwieństwie do betonu stal nie potrzebuje czasu na utwardzenie i natychmiast osiąga pełną wytrzymałość.

Stal jest uniwersalna.  Charakteryzuje się wysoką wytrzymałością w stosunku do ciężaru własnego. Ma atrakcyjny wygląd. Konstrukcje stalowe mogą być wznoszone w większości warunków pogodowych. Stal charakteryzuje się wysoką jakością, trwałoscią i niskimi kosztami produkcji.

Zalety te sprawiają, że stal jest chętnie wybieranym materiałem budowlanym. Unikalny design elementów stalowych sprawia, że architekci  bardzo często korzystają z tego materiału do projektowania mebli, schodów, ogrodzeń, ścianek działowych czy zadaszeń tarasów

Bezpieczeństwo

Stal jako materiał konstrukcyjny była badana i testowana przez wiele lat. Można powiedzieć, że rozumiemy zachowanie stali lepiej niż jakiegokolwiek innego materiału budowlanego. Stal jest materiałem przewidywalnym, a w latach 90. przemysł wdrożył nowe procedury projektowania konstrukcji stalowych, które poprawiły bezpieczeństwo i wytrzymałość konstrukcji stalowych.

Ewolucja projektowania konstrukcji stalowych pozwoliła nam odejść od teorii, że im sztywniejsza konstrukcja, tym lepsza. Dziś kluczem jest elastyczność i plastyczność.

Nowoczesne projektowanie

Do lat 70-tych XX wieku konstrukcje były projektowane przy użyciu sprawdzonych wzorów, ale obliczenia były wykonywane ręcznie. Obecnie, korzystając z oprogramowania komputerowego, można dosłownie w ciągu jednego dnia zaprojektować konstrukcję, której wykonanie przy pomocy papieru i ołówka mogłoby zająć inżynierowi miesiące.

Jednym z kluczowych elementów ewolucji projektowania konstrukcji stalowych jest CAD (Computer Aided Design). Dni kreślenia ręcznego już prawie minęły, a digitalizacja procesu projektowania konstrukcji stalowych oszczędza czas, zapewnia bezpieczeństwo i skutkuje niższymi kosztami.

Inżynieria konstrukcyjna

Inżynieria konstrukcyjna to zastosowanie nauk ścisłych i matematyki do projektowania konstrukcji. Biorąc pod uwagę przepisy, zalecenia oraz dane empiryczne pochodzące z testów przeprowadzonych na konstrukcjach stalowych, inżynier budowlany potrafi odpowiednio przewidzieć zachowanie stali.

Proces projektowania konstrukcji stalowych

Chociaż wielkość i złożoność projektu może wpłynąć na przebieg procesu projektowania i w pewien sposób go zmienić, ścieżka projektowania i wykonywania konstrukcji stalowych jest przewidywalna i sprawdzona. Wykonanie rysunków koncepcyjnych, schematycznych i projektowych jest niezbędnym etapem poprzedzającym ukończenie projektu szkieletu konstrukcji. W teorii, zadaniem inżyniera budowlanego jest urzeczywistnienie wizji architekta.

Rzeczywiste obliczenia inżynierii konstrukcyjnej dotyczące głównych elementów konstrukcyjnych wykonuje się po określeniu kilku krytycznych czynników. Na początku inżynier wykorzystuje rysunki architektoniczne do określenia podstawowych elementów konstrukcji.

Podczas projektowania konstrukcji stalowych, inżynier bierze pod uwagę informacje dotyczące obciążeń - obciążenia własnego, obciążenia użytkowego oraz specjalnych obciążeń punktowych.

Po zaprojektowaniu i zwymiarowaniu głównych elementów konstrukcyjnych oraz określeniu ich reakcji i obciążeń należy zaprojektować drugorzędne elementy wspierające konstrukcji. Do elementów drugorzędnych należą wzmocnienia, usztywnienia i inne elementy konstrukcyjne, które zazwyczaj podpierają elementy główne, powodując zmniejszenie ich wymiarów.

Ponadto inżynier projektujący konstrukcję stalową przygotowuje odpowiednie rysunki techniczne i zestawienia przekroi elementów konstrukcyjnych, które mają zapewnić kompletne instrukcje dotyczące sposobu wytwarzania i montażu elementu lub zespołu stalowego.

Łączenie stali

Ważnym elementem projektowania konstrukcji stalowych jest odpowiednie zaprojektowanie połączeń poszczególnych elementów. Najczęściej stalowe elementy konstrukcyjne łączy się za pomocą spawania i elementów złącznych.

Dwa najbardziej powszechne procesy spawalnicze to spawania gazowe i spawanie łukowe. Popularne techniki gazowe to spawanie MIG (metal-inert-gaz) i TIG (wolfram-inert-gaz).

Projektowanie konstrukcji stalowy w Ske Design

Projektowanie konstrukcji stalowych to skomplikowany proces wymagający dobrej znajomości materiału, fizyki, matematyki, a jednocześnie wymagający od konstruktora poczucia estetyki.

W Ske-Design projektujemy i wykonujemy zarówno proste elementy stalowe takie jak meble, ścianki, balustrady, ogrodzenia jak i bardziej skomplikowane elementy maszyn, schody oraz zadaszenia tarasów i balkonów.