Rozwiązanie zostało opracowane i opatentowane przez studentkę budownictwa Martę Kopytowską oraz jej mentora, dr hab. inż. Artura Wirowskiego, prof. PŁ z Katedry Mechaniki Konstrukcji. Powstało w ramach programu E2TOP, który łączy kreatywność wybitnych studentów z doświadczeniem naukowców.
Dzięki współpracy młodej wchodzącej w świat nauki osoby i doświadczonego naukowca z Wydziału Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska możliwe było stworzenie tak innowacyjnego wynalazku.
Hale stalowe często buduje się z tzw. ram portalowych, przypominających kształtem odwróconą literę „U”. Kluczową rolę odgrywają w nich węzły, czyli miejsca połączeń elementów. Mogą one działać jak zawiasy (umożliwiają obrót) lub być sztywne (obrót ograniczają). Od ich charakteru zależy sposób rozchodzenia się sił w całej konstrukcji.
Projektowanie takich połączeń jest trudne, ponieważ hale są narażone na zmienne obciążenia — wiatr, śnieg czy ciężar własny. W zależności od sytuacji siły w konstrukcji mogą znacząco się zmieniać.
Mentor i jego podopieczna w programie E2TOP. Dr hab. Artur Wirowski, prof. PŁ i Marta Kopytkowska w Porto, gdzie wzięli udział w konferencji w 2023 r.
foto: arch. prywatne
Jak wyjaśnia prof. Wirowski : „Inspiracją do rozwiązania tego problemu okazała się… biomechanika ludzkiego kolana. Podczas zginania nogi staw kolanowy nie działa jak prosty zawias — kości nie tylko się obracają, ale też delikatnie przesuwają względem siebie. Co ważne, środek obrotu nie jest w jednym stałym miejscu – zmienia się w trakcie ruchu a środek obrotu zmienia swoje położenie. Dzięki temu ruch jest płynny i ma większy zakres.
Testy modelu w laboratorium
foto: arch. prywatne
Na tej zasadzie opracowano nowy typ połączenia w konstrukcji stalowej. Węzeł w kalenicy (na szczycie) ramy może przyjmować dwa różne położenia środka obrotu, a konstrukcja „wybiera” to, które jest korzystniejsze przy aktualnym obciążeniu. Pozwala to na lepsze rozłożenie sił w całej ramie, zmniejszenie naprężeń i bardziej efektywne wykorzystanie materiału — co może oznaczać tańsze i lżejsze budynki.”
Rozwiązanie zostało przeanalizowane na przykładzie typowej hali stalowej, uwzględniając realne obciążenia, takie jak ciężar własny, śnieg i wiatr. Współautor patentu zaznacza - Porównanie z klasycznymi rozwiązaniami wykazało, że nowa koncepcja może działać. Wszystkich zainteresowanych zastosowaniem rozwiązania w praktyce zapraszamy do kontaktu.
Autorom serdecznie gratulujemy i życzymy szybkiego wdrożenia przemysłowego.
