Od lat w różnych publikacjach pojawia się temat optymalizacji konstrukcji stalowych i od lat klasycznym kryterium optymalizacji była minimalna masa konstrukcji. W dobie wysokiego poziomu uprzemysłowienia wytwarzania konstrukcji stalowych kryterium minimalnej masy konstrukcji straciło jednak na znaczeniu na rzecz kryterium minimalnego kosztu produkcji. Na całkowity koszt wybudowania obiektu składają się m.in. koszty projektu, wytworzenia konstrukcji oraz montażu. Koszty projektu stanowią stosunkowo niski procent kosztów całkowitych, jednakże przyjęte przez projektanta rozwiązania konstrukcyjne jednoznacznie implikują zarówno koszty wytwarzania, jak i montażu konstrukcji.
Przyjęte rozwiązania konstrukcyjne, zależnie od stopnia ich technologiczności, decydują o rodzaju i liczbie poszczególnych operacji technologicznych. Koszty wytwarzania to koszty materiałów oraz koszty procesu produkcyjnego związane z poszczególnymi operacjami technologicznymi, takimi jak: czyszczenie i prostowanie materiałów hutniczych, trasowanie, cięcie, frezowanie, wiercenie, przebijanie otworów, spawanie, prostowanie i ochrona antykorozyjna. Koszty te jednoznacznie wynikają z dokumentacji projektowej. Co więcej, są to nie tylko koszty oczywiste, które kontrolujemy, ale również tzw. koszty dodatkowe, nieprzewidziane. Jako dodatkowe kryteria optymalizacyjne można przyjąć wymagania jakościowe oraz czasowe. Parametry optymalizacji to wielkości liczbowe, które określają konstrukcję lub system i ze względów normowych lub technologicznych są przyjęte jako wartości stałe. Natomiast zmienne projektowe są zależne od projektanta. Na zmienne projektowe nałożony jest cały szereg ograniczeń wynikających z wielu wymagań normowych, technologicznych, eksploatacyjnych itp., jednakże liczba zmiennych wpływająca na efekt końcowy jest tak duża, że kompleksowe rozwiązanie zadania jest niemożliwe. Jedynym rozwiązaniem jest ograniczenie liczby zmiennych. Takie możliwości daje budownictwo systemowe.
Lekkie konstrukcje stalowe z kształtowników giętych na zimno charakteryzują się szeregiem powszechnie znanych zalet, do których zalicza się:
- małą masę konstrukcji, skutkującą mniejszym zużyciem stali,
- łatwy montaż, szczególnie przy realizacjach systemowych,
- możliwość swobodnego kształtowania przekroju poprzecznego prętów,
- korzystne charakterystyki wytrzymałościowe przekrojów,
- estetyczny wygląd.
Ten typ konstrukcji stalowych doskonale sprawdza się właśnie w budownictwie systemowym z uwagi na swoje wady, takie jak:
- droższe wytwarzanie kształtowników giętych niż kształtowników walcowanych,
- wyższy koszt zabezpieczenia przed korozją (ocynkowanie), który skutkuje zmniejszeniem kosztów eksploatacji obiektu,
- wymagające większej staranności transport i montaż (podatność na lokalne uszkodzenia),
- skomplikowane i czasochłonne projektowanie cienkościennych elementów giętych na zimno.
Powyższe wady kompensują wymienione wcześniej zalety budownictwa systemowego oraz powtarzalność produkcji. Przy formułowaniu problemów optymalizacyjnych rozwiązania, które nie byłoby tylko kolejnym problemem teoretycznym, ale mogłoby mieć sens praktyczny czy nawet aplikacyjny, bardzo ważna jest identyfikacja jak największej liczby ograniczeń. Są to ograniczenia wynikające z:
- założeń projektowych (narzuconych przez inwestora, architekta), warunków terenowych, lokalizacji, przeznaczenia danej konstrukcji,
- warunków nośności, stateczności i użytkowania (wynikających z aktów normalizacyjnych),
- technologii wykonania (rodzaju i możliwości zastosowanych maszyn).
Budownictwo systemowe, z uwagi na omówione wyżej zalety, będzie się rozwijało jako bardziej przyjazne klientowi. Ten typ budownictwa daje znacznie większe gwarancje, że końcowy produkt, jakim jest obiekt budowlany, będzie zadowalającej jakości. Z kolei optymalizacja konstrukcji stalowych, może być realna z punktu widzenia kosztów całej inwestycji tylko wtedy, gdy będzie uwzględniać jak największą liczbę ograniczeń.
Źródło: Nowoczesne Hale 4/2011
