Serdecznie zapraszamy do współpracy osoby prywatne oraz firmy

Hala nad basenem lub pływanią

Pokrycie dachowe hal basenowych: Projektowanie konstrukcji stalowej

Pokrycie dachowe hal basenowych stanowi jedno z największych wyzwań inżynieryjnych w nowoczesnym budownictwie. Specyficzne warunki panujące wewnątrz obiektów basenowych - wysoka wilgotność, obecność związków chloru oraz duże rozpiętości konstrukcyjne - wymagają szczególnego podejścia do projektowania. Konstrukcje stalowe, dzięki swojej wytrzymałości i elastyczności projektowej, stały się preferowanym rozwiązaniem dla tego typu obiektów.

Projektowanie dachu hali basenowej wymaga kompleksowego podejścia, uwzględniającego nie tylko aspekty konstrukcyjne, ale również izolacyjne, wentylacyjne i energetyczne. Nowoczesne rozwiązania, takie jak panele sandwich z rdzeniem PIR czy systemy wentylacyjne z odzyskiem ciepła, znacząco poprawiają parametry użytkowe budynku. Ponadto, odpowiednio zaprojektowana konstrukcja stalowa umożliwia szybki montaż oraz integrację z systemami fotowoltaicznymi, co przekłada się na obniżenie kosztów eksploatacji.

W niniejszym artykule przeanalizujemy kluczowe aspekty projektowania pokryć dachowych hal basenowych, począwszy od wymagań konstrukcyjnych, poprzez dobór odpowiednich materiałów i profili stalowych, aż po rozwiązania zwiększające efektywność energetyczną. Przedstawimy również proces prefabrykacji i montażu, który ma istotny wpływ na czas realizacji inwestycji.

Wymagania konstrukcyjne dla dachów hal basenowych

Projektowanie konstrukcji dachowych dla hal basenowych wiąże się z wieloma wyzwaniami technicznymi, które wymagają starannego podejścia już na etapie koncepcji. Należy uwzględnić nie tylko standardowe parametry wytrzymałościowe, ale również specyficzne warunki eksploatacyjne tych obiektów.

Obciążenia śniegiem i wilgocią w strefach basenowych

Jednym z kluczowych czynników wpływających na projektowanie pokrycia dachowego hal basenowych jest obciążenie śniegiem. Niewłaściwe obliczenia mogą prowadzić do tragicznych konsekwencji, czego przykładem jest katastrofa budowlana na terenie Międzynarodowych Targów Katowickich w 2006 roku, gdzie pod naporem śniegu zawalił się dach hali, powodując śmierć 65 osób i raniąc ponad 170.

Polskę podzielono na 5 stref obciążenia śniegiem, przy czym najmniejsze współczynniki przyjmuje się dla obszarów nadmorskich, a największe dla terenów górskich. Dodatkowo podczas projektowania należy uwzględnić wysokość gruntu nad poziomem morza i zawsze wyznaczyć najgorszy możliwy wariant obciążenia dla danej lokalizacji.

Szczególnie niebezpieczne zjawisko stanowi tzw. "worek śnieżny", który powstaje, gdy na drodze swobodnie padającego śniegu pojawia się przeszkoda, np. wyższa część budynku. W takim przypadku śnieg gromadzi się przy ścianie wyższej części, tworząc nawet pięciokrotnie większe obciążenie niż na pozostałej powierzchni dachu.

Odporność na korozję w środowisku chlorowanym

Środowisko basenowe charakteryzuje się podwyższoną zawartością związków chloru, co stwarza wyjątkowo agresywne warunki dla elementów konstrukcyjnych. Wbrew powszechnym przekonaniom, austenityczna stal nierdzewna okazuje się wrażliwa na korozję naprężeniową w takim otoczeniu. Problem ten dotyczy zwłaszcza dolnej części dachu, gdzie elementy łączące są bezpośrednio narażone na działanie chloru.

Oprócz korozji naprężeniowej, znane jest również zjawisko korozji stalowej wokół łączników ze stali nierdzewnej, powodujące luz między elementami. W związku z tym, w Niemczech i Wielkiej Brytanii dozwolone jest stosowanie tylko elementów łącznych ze stali nierdzewnej co najmniej jakości A5, natomiast w Belgii mechaniczne mocowanie na dachach basenów jest całkowicie zabronione.

Na podstawie badań przeprowadzonych w Holandii, zaleca się stosowanie śrub ze stali węglowej z powłoką zapewniającą ochronę przed korozją przez minimum 30 cykli zgodnie z testem Kesternich. Takie rozwiązanie zapobiega zarówno korozji naprężeniowej, jak i stalowej.

Wymogi akustyczne i termiczne dla dachów stalowych

Hale basenowe są zwykle wykończone twardymi materiałami (tynk, szkło, glazura, blacha trapezowa), które doskonale odbijają fale dźwiękowe, powodując silny pogłos. Ostatnia nowelizacja rozporządzenia Ministra Infrastruktury nałożyła obowiązek zapewnienia odpowiedniej akustyki w halach basenowych, określając maksymalny dopuszczalny czas pogłosu na poziomie 1,8–2,2 sekundy.

W typowej hali basenowej bez materiałów dźwiękochłonnych czas pogłosu może sięgać nawet 6-7 sekund. Aby spełnić wymagania normowe, należy zwiększyć chłonność akustyczną całego pomieszczenia do co najmniej 0,10–0,15 m² na 1,0 m³ kubatury.

Jeśli chodzi o izolację termiczną, kluczowym wyzwaniem jest zapobieganie kondensacji pary wodnej. W halach basenowych wilgotność powietrza powinna wynosić od 40 do 64% (Polski Związek Pływacki dopuszcza 65%). Przy projektowaniu stropodachów nad pomieszczeniami wilgotnymi należy unikać rozwiązań z warstwą pokryciową o dużym oporze dyfuzyjnym.

Najlepszym rozwiązaniem do stosowania w stropodachach hal basenowych są płyty z pianki polizocyjanurowej (PIR), które charakteryzują się niską nasiąkliwością i dobrymi parametrami izolacyjnymi. Zawilgocenie warstw izolacji termicznej, na przykład z wełny mineralnej, może bowiem spowodować obniżenie współczynnika izolacyjności cieplnej λ nawet o 38%.

Projektowanie stalowej konstrukcji dachowej

Stalowa konstrukcja stanowi szkielet nowoczesnych hal basenowych, wymagając precyzyjnego projektowania z uwzględnieniem specyficznych warunków środowiskowych. Wybór odpowiednich elementów konstrukcyjnych oraz metod zabezpieczeń determinuje trwałość i funkcjonalność całego obiektu.

Dobór profili stalowych dla dużych rozpiętości

Projektowanie konstrukcji dachowej hal basenowych wymaga uwzględnienia dużych rozpiętości bez stosowania podpór wewnętrznych, które utrudniałyby korzystanie z basenu. Przy doborze profili stalowych dla takich obiektów kluczowe znaczenie mają parametry wytrzymałościowe oraz odporność na agresywne środowisko.

Do najczęściej stosowanych profili należą:

• Kształtowniki dwuteowe walcowane (IPE, HEA, HEB) - zapewniające wysoką nośność w stosunku do masy

• Profile rurowe okrągłe lub kwadratowe - szczególnie przydatne w konstrukcjach kratowych ze względu na wysoką odporność na skręcanie

• Profile z falistym środnikiem - umożliwiające optymalizację konstrukcji pod względem masy

Dla dachów hal basenowych istotne znaczenie mają również płatwie dachowe, zazwyczaj wykonywane z profili giętych na zimno w kształcie litery Z (zetowniki) lub C (ceowniki) o grubościach 2,5-3,0 mm. Profile te stanowią bezpośrednie oparcie dla poszycia dachu wykonanego z blachy trapezowej i jednocześnie pełnią rolę stężeń dachu. Rozstaw płatwi dachowych wynosi zazwyczaj 1-2 metry.

Zastosowanie dźwigarów kratowych i ram portalowych

Dźwigary kratowe stanowią efektywne rozwiązanie dla hal basenowych o dużych rozpiętościach. Są to ustroje złożone z połączonych wzajemnie prętów, które w porównaniu z dźwigarami blachownicowymi są wielokrotnie cieńsze i smuklejsze. Dźwigary kratowe pozwalają na osiągnięcie bardzo dużych rozpiętości przy jednocześnie mniejszej masie własnej niż konstrukcje z dźwigarów pełnościennych.

Zaletą dźwigarów kratowych jest również ich ażurowość, umożliwiająca łatwe prowadzenie instalacji podwieszanych do dachu. Puste przestrzenie między elementami skratowania pozwalają na swobodne przeprowadzenie przewodów wentylacyjnych, elektrycznych i innych instalacji technicznych. Wadą jest natomiast większa wysokość konstrukcyjna w porównaniu do dźwigarów pełnościennych.

Alternatywnym rozwiązaniem są ramy portalowe składające się z dwóch słupów i dwóch rygli połączonych śrubowo, tworzących profil dwuspadowy. Ramy te przejmują i przenoszą w bezpieczny sposób obciążenia poziome (od siły parcia wiatru) oraz obciążenia pionowe (od ciężaru własnego konstrukcji oraz zalegającego śniegu).

Nowoczesne rozwiązania ram portalowych wykorzystują ażurowe, jednostronnie zbieżne dwuteowniki z perforowanymi środnikami, co pozwala zmniejszyć ilość stali potrzebnej do produkcji, a jednocześnie zachować wysoką wytrzymałość konstrukcji. Badania wykazały, że takie ramy charakteryzują się dużym zapasem nośności, wynoszącym do około 30%.

Zabezpieczenia antykorozyjne: cynkowanie ogniowe i malowanie proszkowe

W środowisku basenowym, gdzie występuje podwyższona wilgotność oraz związki chloru, kluczowe znaczenie ma odpowiednie zabezpieczenie antykorozyjne konstrukcji stalowej. Jedną z najskuteczniejszych metod jest cynkowanie ogniowe polegające na zanurzeniu elementów w kąpieli z roztopionym cynkiem o temperaturze około 450°C.

Cynkowanie ogniowe zapewnia ochronę przez okres 15-50 lat, w zależności od środowiska ekspozycji. Mechanizm ochrony elektrochemicznej sprawia, że nawet przy uszkodzeniu powłoki, cynk nadal chroni stal przed korozją. Dodatkowo, proces ten zapewnia równomierne pokrycie wszystkich powierzchni, włącznie z trudno dostępnymi miejscami .

Uzupełnieniem zabezpieczenia antykorozyjnego jest malowanie proszkowe, które polega na napylaniu naelektryzowanych cząstek farby proszkowej na powierzchnię metalu, a następnie utwardzaniu w wysokiej temperaturze. Metoda ta zapewnia wyjątkowo wytrzymałą powierzchnię, odporną na uszkodzenia mechaniczne, działanie warunków atmosferycznych, promieniowania UV i wielu substancji chemicznych.

Podczas projektowania zabezpieczeń antykorozyjnych konstrukcji hal basenowych należy również zwrócić uwagę na normę ISO 12944, która określa wymagania dotyczące ochrony antykorozyjnej konstrukcji stalowych. Zgodnie z tą normą, hale basenowe kwalifikują się do kategorii korozyjności C4 (wysokie zagrożenie korozyjne), co wymaga zastosowania odpowiednich systemów malarskich.

Izolacja i wentylacja w dachach stalowych

Prawidłowa izolacja oraz wentylacja stanowią fundamentalne elementy funkcjonalnych pokryć dachowych hal basenowych. Specyficzne środowisko tych obiektów, charakteryzujące się wysoką wilgotnością oraz obecnością związków chloru, wymaga zastosowania materiałów o szczególnych właściwościach oraz efektywnych systemów kontroli klimatu wewnętrznego.

Panele sandwich z rdzeniem PIR lub wełną mineralną

Płyty warstwowe, znane również jako panele sandwich, stanowią rozwiązanie łączące lekkość konstrukcji z doskonałymi właściwościami izolacyjnymi. Składają się z dwóch okładzin stalowych oraz rdzenia izolacyjnego, który może być wykonany z różnych materiałów:

• Rdzeń PIR (poliizocyjanurowy) charakteryzuje się gęstością około 40 kg/m³ i zapewnia współczynnik przenikania ciepła U na poziomie 0,22 W/m²K przy grubości 10 cm. Materiał ten wykazuje wyjątkową odporność na wilgoć, dzięki czemu doskonale sprawdza się w środowisku basenowym.

• Wełna mineralna o gęstości 100 kg/m³ lub 85 kg/m³ zapewnia nie tylko dobrą izolację termiczną, ale również wysoką odporność ogniową - nawet do REI 120 dla płyt dachowych.

Podczas projektowania należy uwzględnić różnice temperatur między okładzinami płyt warstwowych. Gradienty temperatur zależą od kilku czynników: przeznaczenia obiektu, lokalizacji względem słońca oraz koloru okładziny zewnętrznej. W Polsce przyjmuje się temperaturę zewnętrzną w okresie zimowym na poziomie -20°C.

Systemy wentylacyjne z odzyskiem ciepła

Odpowiednio zaprojektowany system wentylacji z odzyskiem ciepła pozwala znacząco obniżyć koszty operacyjne obiektów basenowych. Koszty energii stanowią bowiem znaczny procent wydatków związanych z eksploatacją tych obiektów.

W ciągu tygodnia z krytego basenu mogą wyparować setki, jeśli nie tysiące litrów wody. Dlatego nowoczesne centrale wentylacyjne z odzyskiem ciepła nie tylko zapewniają komfort klimatyczny, ale również przynoszą wymierne korzyści ekonomiczne. W jednym z analizowanych przypadków, po modernizacji systemu wentylacji hali basenowej z zastosowaniem centrali o efektywności odzysku ciepła na poziomie 81,1%, uzyskano roczne ograniczenie strat ciepła o 83 410,11 kWh.

Kontrola wilgotności i zapobieganie kondensacji

Wilgotność powietrza w halach basenowych powinna wynosić od 40 do 64% (Polski Związek Pływacki dopuszcza 65%). Nadmierna wilgotność może prowadzić do rozprzestrzeniania się wirusów, powstawania śliskich powierzchni i rozwoju pleśni, a także stopniowej erozji elementów konstrukcyjnych hali.

Z kolei zbyt niska wilgotność powoduje, że pływacy odczuwają zimno po wyjściu z wody, ogólne koszty eksploatacji rosną, a woda w basenie szybciej traci ciepło. W związku z tym, kluczowe znaczenie ma zastosowanie profesjonalnych osuszaczy powietrza utrzymujących optymalne warunki.

Problem kondensacji pary wodnej można również rozwiązać poprzez:

• Stosowanie stropodachów wentylowanych zamiast pełnych

• Zapewnienie warstwy paroizolacyjnej o wysokich parametrach

• Użycie farb antykondensacyjnych na powierzchniach wewnętrznych, które działają na zasadzie izolatora cieplnego lub pochłaniacza nadmiernej wilgoci

Istotnym elementem jest również zapewnienie właściwego układu warstw w przegrodzie. Błędy projektowo-wykonawcze, takie jak zbyt mała sztywność blach trapezowych czy brak wypełnienia fałd wkładkami termoizolacyjnymi, mogą prowadzić do zawilgocenia konstrukcji i jej przyspieszonej degradacji.

Prefabrykacja i montaż konstrukcji stalowej

Prefabrykacja elementów konstrukcyjnych dachu znacząco wpływa na szybkość i jakość realizacji inwestycji basenowych. Proces produkcji i montażu stalowych konstrukcji dachowych poza miejscem budowy stanowi nowoczesne podejście, które przynosi wymierne korzyści w kontekście hal basenowych.

Etapy prefabrykacji elementów dachowych

Proces prefabrykacji konstrukcji stalowych dla hal basenowych składa się z trzech zasadniczych etapów. Pierwszym z nich jest projektowanie, podczas którego inżynierowie opracowują szczegółowe plany uwzględniające wymagania techniczne, obciążenia konstrukcji oraz lokalne przepisy budowlane. Drugi etap obejmuje produkcję elementów konstrukcyjnych, gdzie stal jest precyzyjnie cięta, formowana i spawana zgodnie z wymaganiami projektu. Proces produkcyjny odbywa się w kontrolowanych warunkach fabrycznych, co gwarantuje wysoką jakość i powtarzalność wyrobów.

Ostatnim etapem jest przygotowanie elementów do montażu. W tej fazie elementy są odpowiednio zabezpieczane przed korozją, najczęściej poprzez cynkowanie ogniowe, które zapewnia długotrwałą ochronę w agresywnym środowisku basenowym. Ponadto elementy prefabrykowane mogą być wyposażone w dodatkowe mocowania ułatwiające późniejszy montaż na placu budowy.

Transport i logistyka na placu budowy

Kluczowym wyzwaniem jest organizacja transportu elementów prefabrykowanych na miejsce budowy. Elementy konstrukcyjne muszą być przewożone w sposób zapewniający ich nienaruszalność oraz bezpieczeństwo. Dla większych konstrukcji konieczne może być uzyskanie specjalnych zezwoleń na transport ponadgabarytowy.

Po dostarczeniu na plac budowy, elementy są składowane w odpowiedniej kolejności montażowej, co usprawnia cały proces. Przed rozpoczęciem montażu niezbędne jest przygotowanie odpowiedniego zaplecza oraz sprzętu. W przypadku konstrukcji modułowych basenów, rozładunek i przygotowanie do montażu musi być precyzyjnie zaplanowane, aby uniknąć opóźnień i dodatkowych kosztów.

Czas montażu w porównaniu do konstrukcji tradycyjnych

Jedną z największych zalet prefabrykowanych konstrukcji stalowych jest znaczne skrócenie czasu montażu. W przypadku tradycyjnych metod budowy, realizacja podobnych obiektów może trwać miesiące, natomiast prefabrykacja pozwala na znaczne przyspieszenie tego procesu.

Przykładowo, czas montażu zadaszenia basenowego z elementów prefabrykowanych wynosi od 1 do 6 godzin przy zaangażowaniu zespołu trzech osób, w zależności od wielkości konstrukcji. Warto również zaznaczyć, że montaż konstrukcji modułowych basenów trwa od dwóch do trzech dni, co stanowi wielokrotne skrócenie procesu inwestycyjnego w porównaniu z technologią tradycyjną.

Dodatkowo, elastyczna konstrukcja i krótki cykl montażu sprawiają, że budowa metalowego systemu dachowego może być realizowana niezależnie od pór roku i warunków pogodowych. Większość prac można wykonać w fabryce lub warsztacie obróbczym na miejscu, co w rezultacie znacząco podnosi wydajność montażu i skraca cykl budowy.

Efektywność energetyczna i koszty eksploatacji

Optymalizacja energetyczna jest kluczowym aspektem wpływającym na rentowność obiektów basenowych. Nowoczesne rozwiązania technologiczne pozwalają znacząco obniżyć koszty eksploatacji przy jednoczesnym zmniejszeniu wpływu na środowisko naturalne.

Integracja z instalacją fotowoltaiczną

Pokrycia dachowe hal basenowych stanowią doskonałe miejsce do montażu systemów fotowoltaicznych. Instalacja paneli słonecznych na dachu basenu pozwala zredukować koszty energetyczne nawet o 50% . Dzięki zastosowaniu wysokowydajnych paneli monokrystalicznych o mocy 410Wp, uzyskuje się nie tylko znaczące oszczędności, ale również poprawia się bilans energetyczny obiektu .

W praktyce można zastosować dwa rodzaje montażu: bezpośrednio na dachu lub na fasadzie budynku. Dla dachów płaskich stosuje się specjalne konstrukcje zapewniające optymalne nachylenie paneli. Warto zaznaczyć, że białe membrany PVC, często używane jako pokrycie dachowe hal basenowych, charakteryzują się wysokim współczynnikiem odbicia słonecznego (SRI = 107), co zwiększa efektywność paneli fotowoltaicznych .

Odzysk ciepła z wód popłucznych

Systemy odzysku wód popłucznych przynoszą podwójną korzyść: ekologiczną i ekonomiczną. Przykładowo, dla basenu o wymiarach 50x25 m, tygodniowo powstaje około 120 m³ wód popłucznych, co rocznie daje około 6200 m³ . Przy cenie jednostkowej 8 zł/m³, koszt odprowadzenia tych wód do kanalizacji wynosi ponad 50 tysięcy złotych rocznie.

System odzysku UltraEcoSwim pozwala odzyskać do 75% ilości wody z płukania filtrów . Technologia ta wykorzystuje moduły ultrafiltracyjne z membranami o przepuszczalności poniżej 0,05 mikrona, co eliminuje nie tylko zanieczyszczenia mechaniczne, ale również mikroorganizmy i wirusy. Ponadto, odzyskana woda zachowuje temperaturę zbliżoną do wody w basenie, co dodatkowo zmniejsza koszty podgrzewania .

Redukcja strat ciepła przez dach

Odpowiednio zaprojektowane pokrycie dachowe minimalizuje straty ciepła, które stanowią nawet 60% całkowitych kosztów utrzymania pływalni . Jednym z efektywnych rozwiązań jest gruntowna termomodernizacja hali, obejmująca ściany, okna, świetliki i dach. W jednym z analizowanych przypadków, taka modernizacja pozwoliła na oszczędność 530 000 kWh rocznie, obniżenie kosztów ogrzewania o 80% oraz redukcję emisji CO₂ o 380 ton rocznie .

Istotne znaczenie ma również izolacja elementów wystających poza bryłę budynku, takich jak zjeżdżalnie wodne. Zastosowanie warstwy pianki PIR o grubości 5 cm może zmniejszyć współczynnik przenikania ciepła z około 10 W/(m²·K) do 0,48 W/(m²·K), redukując roczne zapotrzebowanie na energię grzewczą 25-krotnie - z 275 000 kWh do zaledwie 11 300 kWh .

Wnioski

Projektowanie stalowych konstrukcji dachowych dla hal basenowych niewątpliwie stanowi złożone zadanie inżynieryjne, wymagające interdyscyplinarnego podejścia. Przede wszystkim należy uwzględnić specyficzne warunki środowiskowe panujące w tego typu obiektach - wysoką wilgotność oraz obecność związków chloru, które mogą przyspieszać procesy korozyjne. Ponadto kluczowe znaczenie ma odpowiednie zabezpieczenie konstrukcji przed obciążeniem śniegiem, szczególnie w regionach górskich, gdzie współczynniki obciążenia są najwyższe.

Nowoczesne rozwiązania, takie jak dźwigary kratowe i ramy portalowe, umożliwiają projektowanie przestronnych hal bez konieczności stosowania podpór wewnętrznych, co znacząco poprawia funkcjonalność obiektu. Jednocześnie zastosowanie cynkowania ogniowego oraz malowania proszkowego zapewnia długotrwałą ochronę elementów stalowych przed agresywnym środowiskiem.

Efektywna izolacja termiczna oraz akustyczna ma również istotny wpływ na komfort użytkowania obiektu. Panele sandwich z rdzeniem PIR okazują się najlepszym rozwiązaniem ze względu na niską nasiąkliwość oraz doskonałe właściwości izolacyjne. Dodatkowo prawidłowo zaprojektowany system wentylacji z odzyskiem ciepła pozwala znacząco obniżyć koszty eksploatacyjne hali basenowej.

Prefabrykacja elementów konstrukcyjnych poza miejscem budowy przyspiesza cały proces inwestycyjny oraz zapewnia wysoką jakość wykonania. Krótszy czas montażu w porównaniu z tradycyjnymi metodami budowy przekłada się bezpośrednio na niższe koszty realizacji projektu.

Na koniec warto podkreślić, że odpowiednio zaprojektowane pokrycie dachowe może stać się platformą dla systemów fotowoltaicznych, które zmniejszają zużycie energii elektrycznej nawet o 50%. Połączenie tego rozwiązania z systemami odzysku ciepła z wód popłucznych oraz minimalizacją strat ciepła przez przegrody zewnętrzne skutecznie obniża koszty eksploatacji obiektu oraz zmniejsza jego negatywny wpływ na środowisko.

Podsumowując, kompleksowe podejście do projektowania pokryć dachowych hal basenowych, uwzględniające zarówno aspekty konstrukcyjne, jak i energetyczne, pozwala stworzyć obiekty trwałe, funkcjonalne oraz ekonomiczne w utrzymaniu. Jednakże należy pamiętać, że każdy projekt wymaga indywidualnego podejścia oraz dostosowania rozwiązań do lokalnych warunków klimatycznych i specyficznych wymagań inwestora.

Galeria - Konstrukcje stalowe