Kształtowanie stali na zimno, jest to wytwarzanie produktów stalowych poprzez: gięcie, prasowanie lub tłoczenie cienkich blach w normalnej temperaturze. Dynamiczny rozwój produkcji trwa od okresu odbudowy po II wojnie światowej i w tym czasie kraje, które opanowały nowoczesną, zautomatyzowaną i zmechanizowaną produkcję kształtowników profilowanych na zimno – coraz bardziej optymalizują zużycie energii, co jest szczególnie istotne obecnie, w erze budownictwa zrównoważonego i energooszczędnego – Architektury zielonej. Technologia gięcia profili stalowych, w stosunku do walcowania na gorąco – umożliwia produkcję przy dużo mniejszym wydatku energii, wyroby są wzmocnione poprzez zgniot na zimno i wytworzone przy znacznie mniejszych odpadach technologicznych zarówno surowców (rudy żelaza , dodatków stopowych, węgla) jak i półproduktów (blach cienkich). Asortyment profili giętych na zimno jest bardzo szeroki, bo efektywnie produkować można w zasadzie dowolne otwarte i zamknięte kształty ściśle dopasowane do potrzeb przemysłu i budownictwa. Obszerne omówienie zagadnienia można znaleźć w poradnikach: [1], [2], również zagranicznych, np. [3], a także w normie [4].
Profile gięte na zimno (g-z)
Rodzaje profili g-z
W tab.1a. i 1b zestawiono najczęściej stosowane rodzaje kształtowników giętych na zimno.
Tab. 1a Profile gięte na zimno
| otwarte | zamknięte | qusizamknięte | zwijane |
|---|---|---|---|
 |  |  |  |
Tab. 1b Blachy i kształtowniki złożone gięte na zimno
| trapezowe | faliste | perforowane | złożone |
|---|---|---|---|
 |  |  |    |
Efektywność profili giętych na zimno
Gięcie na zimno za pomocą wieloklatkowych giętarek rolkowych umożliwia otrzymanie kształtowników o bardziej racjonalnym rozłożeniu metalu niż w przypadku walcowania na gorąco. Na rys.1. pokazano, że kształtowniki gięte na zimno z grupy kątowników i ceowników mają o kilkanaście procent większe wskaźniki wytrzymałości od kształtowników walcowanych tego samego rodzaju i o takiej samej masie.
Rys.1. Porównanie efektywności kształtowników giętych na zimno i walcowanych na gorąco: a) kątowniki: 1 – gięte na zimno, 2 – walcowane, b) ceowniki: 1 – gięte na zimno, 2 – walcowane, 3 – pocienione walcowane, c) [1]ceowniki: 1 – gięte na zimno, 2 – ekonomiczne walcowane
Kształtowanie profili g-z
Profile formowane na zimno są projektowane zgodnie z normą [4] z blach o grubościach od 1 mm do 4 mm i złożone ze ścianek o stosunku długości do grubości wg tab. 2 i geometrii zagięcia wg rys. 2
Tab.2. Maksymalne stosunki długości do grubości ścianki kształtownika giętego na zimo [4]
Rys.2. Geometria naroża profilu giętego: 1 – warstwa obojętna po odkształceniu, 2- pocienienie [1]
Ważną składową profilów giętych na zimno są usztywnienia krawędzi oraz płaskich ścianek (tab. 3).
Tab.3. Usztywnienia ścianek profili giętych [ na podstawie [4]]
| Rodzaj | Szkic |
|---|---|
| Faldy i zagięcia |  |
| Bruzdy |  |
| Jednozagięciowe usztywnienia krawędziowe |  |
| Dwuzagięciowe usztywnienia krawędziowe |  |
| Usztywnienia pośrednie pasów |  |
| Usztywnienia pośrednie środników |  |
Technologia formowania profili na zimno
Najczęściej spotykaną metodą obróbki plastycznej w profilach formowanych na zimno jest zaginanie. Wykorzystuje się w tym celu następujące urządzenia: giętarka rolkowa, prasa krawędziowa, ciągarka.
Konstrukcje z kształtowników g-z
Na rys.2 pokazano przykład konstrukcji hali wykonanej całkowicie z kształtowników giętych, a na rys.3. kilka rodzajów przekryć produkowanych z ażurowych profili.
Rys.2. Hala z kształtowników giętych: 1- płatwie, 2- płatwie szczytowe, 3- słupki ścian, 4- rygle ścian, 5- oczep ściany szczytowe, 6- łączniki
Rys.3. Przekrycia z ażurowych profili giętych na zimno [3]
Grupy zastosowań kształtowników g-z
Wyróżniamy dwie grupy zastosowania kształtowników giętych na zimno:
- do detali architektonicznych: ościeżnice, skrzydła okienne, skrzydła drzwiowe, bramy przemysłowe, elementy ścian osłonowych, obudowy szybów dźwigowych, pomosty, regały, schody, elementy wykończeniowe,
- na elementy nośne konstrukcji, a mianowicie na konstrukcje samodzielne wykonywane całkowicie z kształtowników giętych lub na elementy wydzielone ze zwykłych konstrukcji stalowych, elementy o konstrukcji zespolonej.
Konstrukcje samodzielne najczęśc iej sełniają kryteria: mają nie wiwcej niz 4 kondygnacje, wysokość ścian nie przekracza 6m, a rozpiętość stropów 12m. Hale mają zwykle rozpiętość 9-24m i wysokość do 8 m i są wyposażone w suwnice o małym udżwigu do 1kN. Przykładowe konstrukcje typu lekkiego, to: domy mieszkalne, magazyny, hale, budynki przemysłowe, komunalne, wiaty, pawilony, zbiorniki, budynki użyteczności publicznej.
Elementy wydzielone o ze zwykłych konstrukcji stalowych, to: wiązary dachowe przy rozpiętościach 9-18m, stropy w budynkach mieszkalnych o rozpiętości do 12m, płyty dachowe, i płatwie w budynkach halowych, stężenia ścian, ściany warstwowe
Elementy o konstrukcji zespolonej, to: elementy poszycia dachów, elementy konstrukcji powłokowych, stropy (zastosowanie blach fałdowych z nadlewką betonową).
Elementy konstrukcji z profili g-z
Profile gięte na zimno stosuje się najczęściej na następujące elementy konstrukcji:
- Płatwie mogą być projektowane jako przęsłowe lub ciągłe, mają one małą sztywność na skręcanie. W celu ograniczenia odkształceń w czasie załadunku, transportu, rozładunku i składowania zaleca się ograniczać długość płatwi wykonywanych w wytwórni.
- Belki stropowe i podciągi powinno wykonywać się do 6,0m oraz w nominalnym rozstawie 0,6-1,2m. Z reguły projektuje się je jako dwuteowe (profile złożone). Połączenia ze słupami projektowane są zazwyczaj jako przegubowe, rzadziej na pełne zamocowanie. Gdy rozpiętości są większe niż 3,0m powinno stosować się stężenia między belkami.
- Słupy mają zazwyczaj wysokość jednej kondygnacji. Grubość ściany przekroju waha się w granicach 2-6mm. Usztywnienia ścian przekroju dokonuje się przy wykonaniu rowków. Najczęściej stosowane profile to rury kwadratowe i prostokątne, rury okrągłe, profile złożone (dwuteowe).
- Stropy najczęściej stosuje się tu zespolenie blach fałdowych z elementami walcowanymi na gorąco z nadlewką betonową. Możliwe jest również wykonanie stropu przy zastosowaniu zespolenia z płytami OSB.
- Dźwigary kratowe zazwyczaj są projektowane jako konstrukcje o rozpiętościach 6-15 m. Najczęściej spotykane ustroje to: wiązary jedno i dwuspadowe o skartowaniu krzyżulcowym lub krzyżowo słupkowym, kratowe trójprzegubowe ze ścięgnem, jętkowe, krokwiowe, wieszarowe ze ściągiem. W projektowaniu z profili giętych w stosunku do walcowanych mogą wystąpić następujące różnice: osie prętów nie pokrywają się z liniami zarysu teoretycznego, osie nie zbiegają się w jednym punkcie, stosowane pręty są niesymetryczne w płaszczyźnie wiązara.
Literatura
- Widuch A., Welzel A., Musioł J., Szczeszek, B., Holota H., Loranty M. (1983), Kształtowniki stalowe gięte. Poradnik. Wydawnictwo Śląsk
- Bródka J., Broniewicz M., Giżejowski, M. (2006). Kształtowniki gięte: poradnik projektanta. Polskie Wydawnictwo Techniczne
- Trisevskij I. S., Klepanda, W. W. (1978), Metalliceskije oblegcennyje konstrukcii. Spravocnoje posobie. Budyvelnik
- PN-EN 1993-1-3:2008, Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych. Część 1-3: Reguły uzupełniające dla konstrukcji z kształtowników i blach profilowanych na zimno
________________________________
