Optymalizacja konstrukcji stalowej pod więźbę dachową

Optymalizacja konstrukcji stalowej to nie tylko sposób na obniżenie kosztów budowy, ale także metoda na zwiększenie efektywności całego procesu inwestycyjnego.

W wielu przypadkach pierwotne projekty, mimo że zgodne z normami i bezpieczne, są przewymiarowane.

To prowadzi do nadmiernego zużycia materiałów, wyższych kosztów zakupu i transportu stali, a także do bardziej skomplikowanego montażu.

W J-PROJECT sp. z o.o. udowadniamy, że dzięki nowoczesnym metodom obliczeniowym można znacząco zoptymalizować konstrukcję bez utraty bezpieczeństwa. Poniżej prezentujemy studium przypadku, w którym udało się zmniejszyć zużycie stali aż o około 38%.

1. Dlaczego konstrukcje są przewymiarowane? Kiedy warto pomyśleć o optymalizacji konstrukcji stalowej

W praktyce projektowej bardzo często spotykamy się z sytuacją, w której konstrukcje stalowe są nadmiernie rozbudowane. Dlatego tak istotna staje się optymalizacja konstrukcji stalowej, która pozwala uniknąć zbędnego przewymiarowania i zapewnić inwestorowi realne oszczędności.

Powodów jest kilka. Po pierwsze, wielu projektantów stosuje duże zapasy bezpieczeństwa – z obawy, że inwestor czy wykonawca zakwestionują przyjęte rozwiązania.

Po drugie, tradycyjne metody obliczeniowe bazują na uproszczeniach, które nie pozwalają w pełni wykorzystać potencjału materiału.

W efekcie inwestorzy otrzymują konstrukcję, która działa poprawnie, ale kosztuje znacznie więcej, niż mogłaby.

Naszą misją w J-PROJECT jest pokazanie, że projektowanie może wyglądać inaczej, dzięki czemu jesteśmy w stanie dokonać znaczącej optymalizacji konstrukcji stalowej.

Zamiast przewymiarowania stawiamy na optymalizację konstrykcji stalowej – łączenie bezpieczeństwa, ekonomii i nowoczesnych metod obliczeniowych.

2. Wyzwanie projektowe

Inwestor zwrócił się do nas z potrzebą zaprojektowania konstrukcji stalowej, która posłuży jako podkonstrukcja pod więźbę dachową. Posiadał on już projekt takiego rozwiązania, jednak masa zaprojektowanej konstrukcji znacząco przekraczała jego budżet. Po przeanalizowaniu konstrukcji zespół J-PROJECT zauważył, że można dokonać optymalizacji konstrukcji stalowej.

Jednym z warunków było to, aby na poziomie stropu nie pojawiały się dodatkowe słupy podpierające więźbę. Rozwiązanie musiało więc przejąć obciążenia z dachu w taki sposób, aby nie obciążać bezpośrednio stropu.

Pierwotny projekt przygotowany dla inwestora był konstrukcyjnie poprawny, jednak zakładał bardzo masywne przekroje. O ile takie podejście dawało poczucie bezpieczeństwa, o tyle wiązało się z szeregiem problemów:

• nadmierne zużycie stali,
• wyższe koszty inwestycji,
• utrudnienia montażowe związane z dużą masą elementów,
• dodatkowe obciążenia dla całej konstrukcji obiektu.

W praktyce oznaczało to, że inwestor musiałby zapłacić znacznie więcej za realizację rozwiązania, które można było poddać optymalizacji konstrukcji stalowej. Naszym zadaniem było przygotowanie alternatywnego projektu, który zachowa pełne bezpieczeństwo i stateczność, a jednocześnie pozwoli realnie obniżyć koszty.

2.1. Etapy naszej pracy polegającej na optymalizacji konstrukcji stalowej

Proces optymalizacji konstrukcji stalowej przebiegał w kilku krokach:

• Analiza pierwotnego projektu – ocena założeń, przekrojów i schematu statycznego.</,
• Modelowanie z imperfekcjami – wprowadzenie odchyłek geometrycznych i realistycznych warunków pracy konstrukcji,
• Analiza sztywności węzłów – określenie półsztywności połączeń i ich wpływu na rozkład sił,
• Dobór zoptymalizowanych przekrojów – zmniejszenie wymiarów elementów przy zachowaniu bezpieczeństwa,
• Weryfikacja według Eurokodów – potwierdzenie zgodności konstrukcji z obowiązującymi normami.

Taka procedura pozwala nam nie tylko dokonać optymalizacji konstrukcji stalowej, ale także dać inwestorowi pewność, że projekt jest solidny i w pełni zgodny z wymaganiami prawnymi.

2.2. Nasze podejście do optymalizacji konstrukcji stalowej

2.2.3. Optymalizacja konstrukcji stalowej za pomocą metody imperfekcyjnej – projektowanie z uwzględnieniem rzeczywistości

Jednym z kluczowych elementów, które odróżniają klasyczne projektowanie od nowoczesnego podejścia, jest sposób, w jaki traktuje się geometrię konstrukcji.

W tradycyjnych obliczeniach zakłada się, że wszystkie pręty są idealnie proste, a układ geometrycznie doskonały.

Tymczasem rzeczywistość wygląda inaczej – każdy element posiada minimalne odchylenia, niedokładności montażowe i lokalne ugięcia.

Metoda imperfekcyjna polega na wprowadzeniu do modelu takich właśnie drobnych odchyłek, aby lepiej odwzorować zachowanie konstrukcji w warunkach rzeczywistych.

Dzięki temu analiza obliczeniowa daje bardziej precyzyjne wyniki, pozwalając określić nośność z większą dokładnością i często zmniejszyć przekroje, co za tym idzie dokonać optymalizacji konstrukcji stalowej, bez utraty bezpieczeństwa.

W tym projekcie zastosowanie metody imperfekcyjnej pozwoliło na znaczną redukcję przewymiarowania konstrukcji.

Wyniki obliczeń pokazały, że pierwotny projekt zawierał spory zapas bezpieczeństwa, który można było efektywnie wykorzystać.

Więcej o analizie konstrukcji budowlanych.

2.2.4. Uwzględnienie sztywności węzłów

Kolejnym ważnym krokiem była analiza rzeczywistej sztywności węzłów.

W wielu projektach zakłada się, że węzły są albo całkowicie sztywne, albo przegubowe.

To uproszczenie ma ułatwiać obliczenia, ale nie oddaje realnego zachowania konstrukcji.

W rzeczywistości węzły posiadają swoją sztywność – częściowo przenoszą momenty zginające, ale nie w takim stopniu jak połączenia w pełni sztywne.

Uwzględnienie tej właściwości w modelu obliczeniowym pozwala uzyskać znacznie bardziej realistyczny rozkład sił i przemieszczeń.

Dzięki temu możliwe było dalsze zmniejszenie przekrojów stalowych, co w efekcie przełożyło się na lżejszą konstrukcję, łatwiejszy montaż i niższe koszty materiałów.

3. Efekty optymalizacji konstrukcji stalowej

Najważniejszym wynikiem całego procesu była redukcja zużycia stali o około 38%. To liczba, która robi ogromne wrażenie, zwłaszcza gdy przełoży się ją na konkretne korzyści dla inwestora i wykonawcy

• Oszczędności finansowe – mniej stali oznacza niższy koszt zakupu materiału, transportu i magazynowania,
• Krótszy czas montażu – lżejsze elementy są łatwiejsze do zamontowania, co skraca czas pracy ekipy i zmniejsza koszty robocizny,
• Mniejsze obciążenia konstrukcji – redukcja masy wpływa korzystnie na pracę całego obiektu, szczególnie stropu, który w tym przypadku nie został dodatkowo obciążony słupami,
• Elastyczność projektowa – inwestor otrzymał rozwiązanie, które daje większe możliwości dalszej aranżacji przestrzeni pod dachem.

Warto podkreślić, że mimo tak znacznej redukcji masy, konstrukcja w pełni spełnia wymagania norm Eurokod. Oznacza to, że jest tak samo bezpieczna jak pierwotne rozwiązanie, ale znacznie bardziej ekonomiczna i przyjazna środowisku.

4. Zastosowanie metod optymalizacji konstrukcji stalowej w innych projektach

Choć opisany przykład dotyczył konstrukcji pod więźbę dachową, podobne podejście stosujemy również w innych projektach. Metoda imperfekcyjna i uwzględnienie sztywności węzłów sprawdzają się szczególnie dobrze w:

• halach przemysłowych i magazynowych,
• obiektach biurowych i handlowych,
• konstrukcjach hybrydowych (stal + żelbet),
• projektach wymagających redukcji kosztów przy zachowaniu wysokich wymagań bezpieczeństwa.

Dzięki temu inwestorzy zyskują pewność, że ich projekt jest zoptymalizowany nie tylko pod kątem materiałowym, ale również pod względem czasu realizacji i kosztów całkowitych.

Więcej o metodzie imperfekcyjnej.

5. Podsumowanie i wnioski

Przedstawione case study jest dowodem na to, że nowoczesne metody projektowania pozwalają dokonać znaczącej optymaliazacji konstrukcji stalowych, co znacząco przekłada się na zmniejszenie kosztów inwestycji.

W omawianym przypadku redukcja masy konstrukcji pod więźbę dachową wyniosła aż około 38%.

Inwestor zyskał tańszą i lżejszą konstrukcję, bez dodatkowych słupów opartych na stropie, a całość zachowała pełne bezpieczeństwo i zgodność z obowiązującymi normami.

Dzięki połączeniu wiedzy inżynierskiej z praktycznym podejściem do optymalizacji konstrukcji stalowej, J-PROJECT sp. z o.o. udowadnia, że w projektowaniu konstrukcji stalowych można łączyć bezpieczeństwo, ekonomię i nowoczesność. To podejście, które daje inwestorom realne korzyści i wyróżnia nasze biuro na tle konkurencji.

6. Sprawdź, ile możesz zaoszczędzić

Jeżeli planujesz inwestycję i chcesz sprawdzić, ile możesz zaoszczędzić dzięki optymalizacji konstrukcji stalowej – skontaktuj się z nami.

Nasz zespół przygotuje dla Ciebie rozwiązanie dopasowane do potrzeb, które połączy bezpieczeństwo, efektywność i oszczędność. Dzięki nowoczesnym metodom projektowania pokażemy Ci, że konstrukcje stalowe mogą być lżejsze, tańsze i bardziej ekologiczne – bez kompromisów w zakresie jakości.