Kratownica okiem producenta – rodzaje, budowa i zastosowanie.
Spis treści:
- Dlaczego kratownica to technologia, którą trudno zastąpić?
- Jak zbudowana jest kratownica? Poznaj najważniejsze elementy i przykłady profili.
- Dlaczego kratownice działają tak dobrze? Wyjaśniamy ich mechanikę i ograniczenia
- Rodzaje kratownic
- Kratownica czy rama? Co sprawdzi się lepiej w Twojej hali stalowej?
- Z czego wykonuje się kratownice stalowe?
Kratownica jest jednym z najczęściej stosowanych elementów konstrukcyjnych w budownictwie. Wykorzystuje się ją między innymi w:
- halach stalowych i magazynach,
- dachach budynków,
- stadionach, targowiskach i galeriach handlowych,
- słupach wysokiego napięcia,
- wiatach,
- mostach i kładkach,
- żurawiach, dźwigach i suwnicach,
- konstrukcjach scenicznych i evenetowych,
- stelażach i banerach reklamowych.
Choć na pierwszy rzut oka kratownica wygląda jak prosty układ konstrukcji, w rzeczywistości jest jednym z najbardziej efektywnych sposobów przenoszenia obciążeń. Umożliwia projektowanie dużych, otwartych przestrzeni bez podpór pośrednich – czego jednym z najlepszych przykładów są hale o dużych rozpiętościach – nawet do 50 metrów szerokości bez jakiegokolwiek słupa wewnętrznego.
Jeśli chcesz poznać koszt produkcji kratownicy, koniecznie sprawdź: Cena konstrukcji stalowej za kg. Ile kosztuje 1 kg konstrukcji stalowej?
Dlaczego kratownica to technologia, którą trudno zastąpić?
Kratownice cieszą się ogromną popularnością ponieważ łączą w sobie trzy kluczowe cechy, jakich inwestorzy najczęściej poszukują w swoich konstrukcjach:
- wysoką wytrzymałość,
- niewielką masę własną,
- ekonomiczność wykonania.
Dzięki charakterystycznej trójkątnej geometrii prętów, kratownica przenosi obciążenia w sposób niezwykle efektywny, zapewniając dużą nośność przy stosunkowo niewielkim zużyciu materiału. Oznacza to, że w miejscach, gdzie masywne belki stalowe byłyby ciężkie, drogie i wymagały gęstszego podparcia, kratownica pozwala osiągnąć tę samą funkcję lżejszą i bardziej ekonomiczną konstrukcją.
Taki układ daje projektantowi dużą swobodę. Można kształtować szerokie nawy, wysokie dachy czy nietypowe geometrie, a kratownica nadal zapewni konstrukcji odpowiednią sztywność i nośność.
Chcesz dowiedzieć się, kiedy jest odpowiedni moment do odśnieżenia dachu hali? Przeczytaj: Odśnieżanie dachu — kiedy należy odśnieżać dach hali przemysłowej
Jak zbudowana jest kratownica? Poznaj najważniejsze elementy i przykłady profili.
W typowych halach stalowych o rozpiętości od 15 do 25 metrów stosuje się dość powtarzalny zestaw profili, który daje najlepszy stosunek nośności do masy konstrukcji. Po analizie kilkudziesięciu projektów można wyróżnić układ, który pojawia się najczęściej i działa najbardziej efektywnie.
Pas górny
Pas górny pracuje w najbardziej wymagających warunkach. Jest stale obciążony śniegiem, ciężarem własnym dachu oraz wszystkimi elementami przekrycia, dlatego stosuje się tu profile o największej nośności.
Najczęściej stosowane przekroje:
- RK 120x120x5,
- RK 120x120x6,
- RK 120x120x8,
- przy większych obciążeniach: RK 150x150x6, RK 200x200x8,
- przy dużych rozpiętościach: HEA 220 wzwyż.
Profile zamknięte zapewniają wysoką sztywność skrętną, a dwuteowniki HEA największą nośność.
Pas dolny
Pas dolny jest przeciwieństwem pasa górnego. W zdecydowanej większości przypadków pracuje na rozciąganie, co jest najbardziej korzystną formą pracy dla stali. Dzięki temu może być lżejszy, a jego przekrój dobiera się bardziej pod kątem sztywności niż nośności.
Najczęściej stosowane przekroje:
- RK 100x100x3,
- RK 120x120x4,
- RK 120x120x5,
- przy większych rozpiętościach: HEA 200.
Pas dolny stabilizuje geometrię kratownicy i współpracuje z pasem górnym przy przenoszeniu momentów zginających.
Krzyżulce i słupki skrajne
Kratownica działa dzięki współpracy pasów i środników. Krzyżulce i słupki przenoszą siły osiowe, stabilizują geometrię i zapobiegają deformacjom. Dobór profili wynika z rozkładu sił, na skrajach siły są największe i maleją w środku. To elementy, które przejmują największe siły z pasa górnego i przekazują je do podpór, dlatego krzyżulce i słupki skrajne należą do najbardziej obciążonych i najsilniej pracujących elementów całej kratownicy
Najczęściej stosowanymi przekrojami w skrajnej części kratownicy są:
- RK 100x100x4,
- RK 120x120x4
- RK 120x120x5
- RK120x120x8
Krzyżulce i słupki środkowe
W środkowych polach kratownicy siły są mniejsze, dlatego stosuje się lżejsze przekroje.
Najczęściej są to:
- RP 120x60x3
- RP 100x50x3,
- RP 80x60x3.
Elementy te odpowiadają za stateczność lokalną, równomierne rozkładanie obciążeń oraz kształtują kratownicę.
Węzły
Węzły to miejsca, w których łączą się pasy, krzyżulce i słupki – to właśnie tam przekazywane są siły osiowe między elementami kratownicy.
Najważniejszym zadaniem węzła jest zapewnienie:
- osiowego przekazywania sił,
- uniknięcia mimośrodów,
- stabilizacji geometrycznej pasa górnego i dolnego,
- odpowiedniej sztywności lokalnej.
Dlaczego kratownice działają tak dobrze? Wyjaśniamy ich mechanikę i ograniczenia
Żeby zrozumieć, dlaczego kratownica może być jednocześnie lekka i bardzo wytrzymała, należy przyjrzeć się temu, jak pracują jej elementy. Cały sekret tkwi w charakterystycznym układzie przestrzennym, który tworzy pasy oraz krzyżulce. W przeciwieństwie do belek czy ram, pręty kratownicy nie uginają się pod obciążeniem – zamiast tego są rozciągane lub ściskane, czyli pracują w najbardziej korzystnych warunkach dla konstrukcji stalowych.
Jeżeli chcesz zobaczyć szersze porównanie dźwigara kratowego z ramownicą oraz przykłady rozwiązań dachowych, zajrzyj do artykułu: Dach hali stalowej, czyli wszystko o konstrukcji oraz pokryciu dachów hal stalowych
Mechanika działania kratownicy:
- rozciąganie i ściskanie to najkorzystniejsze formy pracy stali, pozwalające osiągnąć wysoką nośność przy małym przekroju,
- pręty nie są poddawane dużym momentom zginającym, które wymagałyby masywniejszych profili,
- siły przekazywane są po liniach prostych prętów, czyli dokładnie tak, jak zaplanowano w projekcie,
- dzięki temu konstrukcja może być bardzo lekka przy jednoczesnym zachowaniu dużej sztywności i odporności na obciążenia.
To właśnie ta zasada – prosta, ale niezwykle skuteczna – sprawia, że kratownice pozwalają projektować hale o rozpiętościach 30, 40, a nawet 50 metrów bez konieczności stosowania ciężkich belek czy słupów pośrednich. Ich geometria decyduje o tym, że są jedną z najbardziej efektywnych konstrukcji stosowanych w halach stalowych, mostach i największych konstrukcjach inżynieryjnych.
Jeżeli interesuje Cię, jak dobrać wymiary hali (szerokość, wysokość pod kratownicą, funkcję obiektu), odsyłam do artykułu: Wielkość hali stalowej — jak ustalić?
Zalety kratownic
Największą zaletą kratownic jest to, że przy stosunkowo niewielkiej masie stali zapewniają bardzo dużą nośność i sztywność konstrukcji. Wynika to bezpośrednio z ich budowy. Trójkątny układ prętów sprawia, że elementy konstrukcji pracują osiowo, czyli są rozciągane lub ściskane, a nie zginane jak w belkach. Stal najlepiej pracuje właśnie w takich warunkach, dlatego możliwe jest uzyskanie dużych rozpiętości przy minimalnym zużyciu materiału.
Kratownice pozwalają przekrywać hale o szerokościach 20, 30, a nawet 40–50 metrów bez konieczności stosowania słupów pośrednich, co daje inwestorowi ogromną swobodę aranżacji i nie ogranicza funkcjonalności obiektu. Inną, często pomijana zaletą jest możliwość łatwego prowadzenia instalacji – kanały wentylacyjne, przewody elektryczne czy trasy kablowe można poprowadzić pomiędzy skratowaniami bez konieczności stosowania dodatkowych wsporników.
Przy planowaniu instalacji na dachu – szczególnie fotowoltaiki – warto zajrzeć do osobnego poradnika: 5 sposobów montażu instalacji fotowoltaicznej do dachu hali z płyty warstwowej.
Wady kratownic
Pomimo wielu zalet, kratownice mają wady, o których warto pamiętać. Przede wszystkim składają się z większej liczby elementów niż klasyczne belki lub ramy, co oznacza więcej spoin i węzłów. Produkcja kratownicy wymaga więc większej precyzji, a proces jest bardziej pracochłonny. Przekłada się to również na większą powierzchnię konstrukcji, którą trzeba zabezpieczyć antykorozyjnie – czy to przez malowanie czy cynkowanie.
Jeżeli chcesz zobaczyć, jak wygląda cały proces prefabrykacji i zabezpieczania konstrukcji od strony wykonawcy, polecam tekst: Producent hal stalowych – jak wygląda produkcja konstrukcji stalowej krok po kroku? oraz uzupełniający go poradnik: Mycie i renowacja powłok lakierniczych konstrukcji stalowych.
Kolejną wadą jest to, że kratownica potrzebuje określonej minimalnej wysokości, aby mogła poprawnie pracować. W bardzo niskich obiektach może to stanowić problem, wysokość skratowania wynika z geometrii i nie można jej dowolnie zmniejszać. W praktyce przyjmuje się, że wysokość dźwigara kratowego powinna wynosić około L/10 do L/12, gdzie L to rozpiętość dźwigara. Oznacza to, że dla 24-metrowej hali kratownica powinna mieć około 2–2,4 m wysokości.
Temat zależności między geometrią dachu, wysokością kratownicy i ekonomią konstrukcji szerzej omawiam przy okazji dachów dwuspadowych w artykule: Dach dwuspadowy – charakterystyka oraz zastosowanie dachów dwuspadowych w budownictwie.
W przypadku dużych dźwigarów pojawia się także kwestia transportu. Standardowe środki transportu pozwalają przewozić elementy o wysokości do ok. 2,5 m i długości do 13,6 m. Większe kratownice trzeba więc dzielić na segmenty, co utrudnia proces montażu.
Jeżeli dźwigar jest dłuższy lub wyższy niż dopuszczalne gabaryty, transport staje się elementem ponadnormatywnym – wymaga specjalistycznego zestawu, odpowiedniej trasy, zgód drogowych, a często również pilotażu. To podnosi koszt dostawy i wydłuża całą logistykę.
Więcej o praktycznych aspektach montażu całej hali opisuję w tekście: Jak przebiega montaż hali stalowej?
Do wad zalicza się również to, że nie wybacza ona błędów. Jest szczególnie wrażliwość na obciążenia przyłożone poza węzłami. Kratownica jest projektowana w taki sposób, aby wszystkie siły przechodziły przez węzły. Przeciążenie kratownicy na przypadkowym pręcie może prowadzić do lokalnych przeciążeń, osłabieni, spękań spawów i tym podobnych.
Rodzaje kratownic
Kratownice można podzielić na wiele sposobów, ale – szczególnie w halach stalowych – liczą się przede wszystkim dwa kryteria:
- geometria układu prętów, oraz
- materiał, z którego wykonana jest konstrukcja.
To właśnie te elementy decydują o nośności, sztywności, wadze oraz możliwości zastosowania danej kratownicy.
| Rodzaj kratownicy | Opis | Zastosowanie |
| Kratownica stalowa | Najsztywniejsza i najbardziej uniwersalna. Duże rozpiętości, duże obciążenia. | Hale stalowe, magazyny, obiekty przemysłowe, mosty, suwnice. |
| Kratownica drewniana | Prefabrykowane wiązary, lekkie i szybkie w montażu. | Dachy domów jednorodzinnych, garaże, budynki rolnicze, lekkie wiaty. |
| Kratownica aluminiowa | Lekka, mobilna, odporna na korozję. Idealna do montażu tymczasowego. | Sceny, oświetlenie, nagłośnienie, konstrukcje reklamowe i eventowe. |
| Kratownica płaska | Wszystkie pręty leżą w jednej płaszczyźnie. Lekka, prosta i ekonomiczna. Najpopularniejsza w halach. | Dźwigary dachowe hal, magazynów, zakładów produkcyjnych, wiat i lekkich zadaszeń. |
| Kratownica przestrzenna (3D) | Trójwymiarowa bryła o bardzo dużej sztywności. Przenosi obciążenia z wielu kierunków. | Stadiony, hale wielonawowe, obiekty sportowe, przekrycia o skomplikowanej geometrii. |
| Kratownica typu N | Najbardziej uniwersalny i ekonomiczny układ skratowania. | Hale magazynowe i produkcyjne, standardowe dźwigary dachowe. |
| Kratownica typu W (Warrena) | Symetryczny układ krzyżulców zapewniający równomierne przenoszenie obciążeń. | Hale średnio- i wielkospanowe, obiekty z wyższymi wymaganiami sztywności. |
| Kratownica typu K | Układ stosowany przy dużych obciążeniach – zwiększa sztywność i nośność. | Dźwigary narażone na wysokie obciążenia, obiekty przemysłowe. |
| Kratownica trójkątna | Lekki układ o minimalnej liczbie prętów. | Mniejsze rozpiętości, lekkie zadaszenia, konstrukcje pomocnicze. |
| Kratownica łukowa | Sklepiony kształt zapewnia większą sztywność i walory architektoniczne. | Obiekty o nietypowej geometrii dachu, hale widowiskowe. |
Kratownica czy rama? Co sprawdzi się lepiej w Twojej hali stalowej?
Wybór między kratownicą a konstrukcją ramową to jedna z pierwszych kwestii poruszanych przez inwestorów podczas projektowania hali. Oba rozwiązania mają swoje zalety, ale każde sprawdza się w innych warunkach i przy innym układzie obciążeń. Nie istnieje konstrukcja „najlepsza dla wszystkich”, a najbardziej opłacalna przy danej rozpiętości, wysokości hali i planowanej funkcji obiektu.
W uproszczeniu można powiedzieć, że konstrukcja ramowa jest zazwyczaj korzystniejsza przy mniejszych halach, natomiast kratownica zaczyna wygrywać ekonomicznie dopiero przy większych rozpiętościach – powyżej 15 metrów rozpiętości konstrukcyjnej.
Zakres rozpiętości – co i kiedy wybrać?
| Rozpiętość | Technologia | Opis |
| 12 m | ramowa | Przy tak małych rozpiętościach konstrukcja ramowa jest najczęściej najtańszym typem konstrukcji. |
| 15 m | ramowa lub kratowa | W tym zakresie oba rozwiązania są zbliżone cenowo. Wybór zależy głównie od obciążeń dachu. |
| 20 – 24 m | kratownica | To zakres, w którym kratownice wypadają najlepiej w przeliczeniu na masę i koszt konstrukcji. Dają najlżejsze układy nośne na m². |
| Powyżej 25 m | zdecydowanie kratownica | Ramy gwałtownie rosną wagowo i stają się nieekonomiczne. Kratownica jest wyraźnie lżejsza, tańsza i stabilniejsza przy dużych rozpiętościach. |
Z czego wykonuje się kratownice stalowe?
Kratownice stalowe można wykonać z różnych rodzajów profili, ale w praktyce konstrukcyjnej stosuje się kilka rozwiązań, które łączą wytrzymałość, sztywność i łatwość produkcji. Dobór przekrojów zależy od obciążeń, rozpiętości oraz rodzaju układu skratowania, ale można wyróżnić kilka najczęściej stosowanych grup profili.
1. Profile zamknięte (rury kwadratowe i prostokątne)
To najpopularniejszy typ profili stosowanych w kratownicach halowych. Charakteryzują się wysoką sztywnością giętną i skrętną oraz korzystnym stosunkiem wytrzymałości do masy.
2. Profile okrągłe (rury stalowe)
Rury okrągłe mają najwyższą odporność na skręcanie spośród wszystkich profili, dlatego świetnie sprawdzają się w konstrukcjach narażonych na obciążenia dynamiczne lub zmienne.
3. Dwuteowniki (IPE, HEA, HEB)
Stosowane przede wszystkim w pasach kratownic, tam, gdzie występują największe siły ściskające i rozciągające.
4. Kątowniki i płaskowniki
To rozwiązanie stosowane rzadziej, głównie w konstrukcjach pomocniczych lub tam, gdzie liczy się łatwość montażu śrubowego.
5. Profile gięte na zimno (C, Z, U)
Stosowane rzadko w elementach nośnych kratownic, ale pojawiają się w konstrukcjach o niewielkiej rozpiętości lub jako elementy drugorzędne.
Opracowanie przygotował Przemysław Szalek, dział ofertowania oraz realizacji.
Ostatnie wpisy