Stal czy żelbet? To pytanie pada na etapie planowania niemal każdej inwestycji w obiekt przemysłowy lub magazynowy. Obie technologie od dekad sprawdzają się na placach budowy na całym świecie, obie mają swoich zwolenników wśród projektantów i inwestorów, a obie – przy właściwym zastosowaniu – dają doskonałe rezultaty. Problem pojawia się wtedy, gdy wybór pada na konkretny system z przyzwyczajenia, mody lub wyłącznie na podstawie ceny, a nie rzeczywistych wymagań technicznych i operacyjnych inwestycji. W tym artykule porównujemy obie technologie uczciwie i szczegółowo – tak, żebyś mógł podjąć decyzję opartą na faktach, a nie na ogólnikach.

Spis treści

1. Podstawowe różnice między konstrukcją stalową a żelbetową
2. Koszt budowy – co jest naprawdę tańsze?
3. Czas realizacji i harmonogram inwestycji
4. Rozpiętość przęseł i wysokość w świetle
5. Odporność ogniowa i wymagania ppoż.
6. Obciążenia technologiczne – suwnice, maszyny, regały
7. Środowisko pracy – wilgoć, chemikalia, temperatura
8. Trwałość i koszty konserwacji w czasie
9. Elastyczność funkcjonalna i możliwość rozbudowy
10. Dla jakiej branży która konstrukcja?
11. Dobór konstrukcji z Joka Budownictwo

Podstawowe różnice między konstrukcją stalową a żelbetową

Zanim przejdziemy do porównania w poszczególnych kategoriach, warto zrozumieć fundamentalne różnice między obydwoma systemami – nie tylko materiałowe, ale też organizacyjne i projektowe.

Konstrukcja stalowa opiera się na spawanych lub śrubowanych elementach wytwarzanych w zakładzie produkcyjnym i montowanych na placu budowy. Elementy stalowe – słupy, rygle, płatwie, stężenia – są lekkie w stosunku do swojej nośności, co pozwala na realizację bardzo dużych rozpiętości przy stosunkowo smukłych przekrojach. Stal jest materiałem jednorodnym, o dobrze znanych i powtarzalnych właściwościach mechanicznych, co ułatwia precyzyjne projektowanie.

Konstrukcja żelbetowa prefabrykowana to system oparty na elementach betonowych zbrojonych stalą, wytwarzanych w zakładzie prefabrykacji w kontrolowanych warunkach i transportowanych na plac budowy gotowych do montażu. Żelbet łączy wytrzymałość betonu na ściskanie z wytrzymałością stali na rozciąganie, tworząc materiał kompozytowy o bardzo dobrych właściwościach użytkowych. Elementy prefabrykowane – słupy, rygle, płyty dachowe, ścienne panele – są cięższe od ich stalowych odpowiedników, ale charakteryzują się wyższą odpornością ogniową i odpornością na degradację środowiskową.

Kluczową różnicą jest też sposób łączenia elementów. W konstrukcji stalowej dominują połączenia śrubowe i spawane, które są stosunkowo łatwe do wykonania i kontroli. W prefabrykatach żelbetowych węzły są bardziej złożone, wymagają zalewania betonu na budowie i dłuższego czasu osiągania pełnej nośności połączeń.

Koszt budowy – co jest naprawdę tańsze?

Porównanie kosztów budowy hali stalowej i żelbetowej jest bardziej złożone, niż mogłoby się wydawać, i nie daje się sprowadzić do prostej odpowiedzi. Koszt jednostkowy zależy od tak wielu zmiennych, że ogólne twierdzenie „stal jest tańsza od żelbetu” lub odwrotnie jest po prostu nieprawdziwe.

Ceny stali konstrukcyjnej podlegają znaczącym wahaniom na rynkach globalnych – w ciągu ostatnich lat potrafiły zmieniać się o 30-60% w skali roku, co bezpośrednio przekłada się na koszt konstrukcji stalowej. W okresach wysokich cen stali prefabrykaty żelbetowe mogą być wyraźnie bardziej konkurencyjne cenowo. W okresach stabilnych lub niskich cen stali relacja ta się odwraca.

Istotny jest też zakres porównania. Sama konstrukcja nośna to tylko część kosztów budowy hali – obok niej są fundamenty, obudowa, instalacje, posadzka i zagospodarowanie terenu. Hala stalowa może wymagać droższych fundamentów ze względu na inne charakterystyki sił przekazywanych na grunt. Może też wymagać kosztownych zabezpieczeń ogniochronnych, których żelbet nie potrzebuje.

Przy obiektach wymagających wysokiej klasy odporności ogniowej – co jest typowe dla wielu obiektów przemysłowych i magazynowych z towarami palnymi – koszt zabezpieczenia ogniochronnego konstrukcji stalowej (farby pęczniejące, obudowy z płyt) może wynosić kilkanaście procent wartości całej konstrukcji. W takich przypadkach prefabrykaty żelbetowe, spełniające wymagania ppoż. bez dodatkowych nakładów, bywają ekonomicznie konkurencyjne mimo pozornie wyższej ceny wyjściowej.

Rzetelne porównanie kosztów powinno zawsze obejmować całkowity koszt cyklu życia obiektu – nie tylko nakłady inwestycyjne, ale też koszty konserwacji i utrzymania przez zakładany okres użytkowania. W tej perspektywie żelbet ma tendencję do wypadania korzystniej niż stal, szczególnie w środowiskach agresywnych.

Czas realizacji i harmonogram inwestycji

Czas realizacji jest często czynnikiem decydującym dla inwestorów, którzy mają jasno określoną datę uruchomienia działalności operacyjnej lub termin wynikający z umowy z najemcą.

W tym kryterium konstrukcja stalowa ma wyraźną przewagę. Elementy stalowe mogą być produkowane w zakładzie równolegle z trwającymi robotami ziemnymi i fundamentowymi na placu budowy. Montaż szkieletu stalowego hali o powierzchni 5 000-10 000 m² trwa zazwyczaj od 3 do 6 tygodni. Po zmontowaniu szkieletu niemal natychmiast można przystępować do układania obudowy, gdyż nie ma potrzeby oczekiwania na osiąganie wytrzymałości przez materiał.

Prefabrykaty żelbetowe wymagają dłuższego czasu wyprzedzenia na etapie produkcji – zakłady prefabrykacji mają określone moce produkcyjne i terminy realizacji zamówień, które przy napiętym rynku mogą wynosić kilka miesięcy. Sam montaż prefabrykatów jest porównywalny czasowo z montażem stali, jednak węzły wymagają zalewania betonem i czasu dojrzewania, co wydłuża harmonogram o kolejne tygodnie.

W praktyce, przy standardowej hali przemysłowej o powierzchni kilku tysięcy metrów kwadratowych, przewaga stalowej konstrukcji pod względem czasu realizacji wynosi zazwyczaj od 4 do 10 tygodni – co przy napiętym harmonogramie może mieć zasadnicze znaczenie biznesowe.

Rozpiętość przęseł i wysokość w świetle

Rozpiętość przęseł – odległość między słupami – to jeden z parametrów, który najsilniej wpływa na funkcjonalność hali produkcyjnej lub magazynowej. Im większa rozpiętość, tym mniej słupów w przestrzeni roboczej i tym większa swoboda w organizacji procesów technologicznych.

Konstrukcja stalowa umożliwia realizację rozpiętości od 20 do ponad 60 m bez słupów pośrednich, a w specjalnych zastosowaniach jeszcze większych. Dla branży logistycznej i e-commerce, gdzie regały wysokiego składowania muszą być rozmieszczone swobodnie i efektywnie, możliwość uzyskania modułu 40-50 m jest często wymaganiem kluczowym. Hala stalowa spełnia je bez problemu i bez nieproporcjonalnego wzrostu kosztu.

Prefabrykaty żelbetowe pracują ekonomicznie w rozpiętościach do 18-24 m. Przy zastosowaniu sprężonych belek strunobetonowych granica ta przesuwa się do 30-36 m, jednak jest to już górna granica ekonomiczności systemu. Dla większych rozpiętości żelbet prefabrykowany staje się niepraktyczny lub bardzo drogi, a bardziej racjonalnym wyborem jest stal.

Podobna logika dotyczy wysokości w świetle. Hale stalowe mogą być budowane praktycznie dowolnie wysokie – obiekty logistyczne klasy A osiągają 10-12 m, magazyny automatyczne z układnicami 30-40 m. Prefabrykaty żelbetowe są wydajne do wysokości ok. 12-15 m, powyżej której masywność elementów staje się ograniczeniem logistycznym i ekonomicznym.

Odporność ogniowa i wymagania ppoż.

Odporność ogniowa to obszar, w którym żelbet ma jednoznaczną i znaczącą przewagę nad stalą – i jest to fakt dobrze udokumentowany zarówno przez badania laboratoryjne, jak i przez doświadczenia z pożarów rzeczywistych obiektów przemysłowych.

Niezabezpieczona stal konstrukcyjna traci około 50% swojej nośności już w temperaturze 550°C – a temperatura ta jest osiągana w pożarze po kilku minutach od jego wybuchu. Wynika z tego konieczność stosowania zabezpieczeń ogniochronnych wszędzie tam, gdzie przepisy wymagają określonego czasu odporności ogniowej dla elementów konstrukcji: R30, R60, R90 lub R120.

Prefabrykaty żelbetowe – przy właściwie dobranej otulinie zbrojenia – samodzielnie spełniają wymagania klasy R60, R90 lub R120 bez jakichkolwiek dodatkowych zabezpieczeń. Beton jest złym przewodnikiem ciepła, co sprawia, że zbrojenie długo zachowuje temperaturę poniżej krytycznej nawet przy intensywnym pożarze.

W praktyce ma to duże znaczenie przy projektowaniu obiektów, w których składowane lub przetwarzane są towary o wysokiej klasie pożarowej: tworzywa sztuczne, tekstylia, materiały papiernicze, produkty chemiczne, aerozole. Dla tych zastosowań przepisy często wymagają klasy odporności ogniowej elementów REI 60 lub wyższej – a jej spełnienie w konstrukcji stalowej wiąże się z istotnymi kosztami.

Alternatywą dla zabezpieczenia całej konstrukcji stalowej jest projektowanie z użyciem scenariusza pożarowego – zaawansowanego narzędzia inżynierii pożarowej, które na podstawie szczegółowej analizy może wykazać, że niechroniona stal jest dopuszczalna dla konkretnego obiektu. Wymaga to jednak opracowania przez wykwalifikowanego inżyniera pożarowego i uzgodnienia z rzeczoznawcą ppoż.

Obciążenia technologiczne – suwnice, maszyny, regały

Obiekty przemysłowe rzadko kiedy są pustymi pudełkami – przenoszą różnorodne i często znaczące obciążenia technologiczne, które muszą być uwzględnione w projekcie konstrukcji.

Suwnice pomostowe to jeden z bardziej wymagających przypadków. Suwnica o nośności 20-50 t generuje siły pionowe i poziome na belkach podsuwnicowych, które muszą być przeniesione przez słupy na fundament. Zarówno stal, jak i żelbet radzą sobie z tym zadaniem, jednak szczegółowe rozwiązanie węzłów podsuwnicowych jest w obu systemach inne. Hale z suwnią bardzo ciężką (powyżej 100 t) lub z suwnicami wymagającymi wyjątkowej precyzji pozycjonowania są częściej realizowane w prefabrykatach żelbetowych, które zapewniają wyższą sztywność i mniejsze odkształcenia termiczne podtorza suwnicy.

Regały wysokiego składowania przekazują bardzo duże siły skupione na posadzkę przez stopy regałów. Konstrukcja samej hali jest tu mniej krytyczna niż projekt posadzki i gruntu, jednak w halach automatycznych z układnicami (AS/RS) sztywność całej konstrukcji – w tym słupów – ma wpływ na precyzję pozycjonowania układnicy. W takich zastosowaniach żelbet, jako materiał o wyższej masie i sztywności, może oferować korzystniejsze właściwości dynamiczne.

Maszyny produkcyjne generujące drgania – prasy, ubijaki, odśrodkarki – wymagają szczegółowej analizy dynamicznej fundamentów. Fundament pod taką maszynę jest projektowany niezależnie od głównej konstrukcji hali, jednak jego wzajemne oddziaływanie z konstrukcją musi być uwzględnione. Masywność żelbetu sprzyja tłumieniu drgań, co bywa argumentem za wyborem tego systemu w halach z intensywnymi źródłami wibracji.

Środowisko pracy – wilgoć, chemikalia, temperatura

Warunki panujące wewnątrz obiektu przemysłowego mają bezpośredni wpływ na trwałość i wymagania konserwacyjne konstrukcji. W tym kryterium różnice między stalą a żelbetem są szczególnie wyraźne.

Wysoka wilgotność jest największym wrogiem niechronionej stali. Zakłady przemysłu spożywczego, ubojnie, mleczarnie, pralnie przemysłowe czy zakłady przetwórstwa rybnego operują w środowisku permanentnie wilgotnym, z regularnymi spłukiwaniami wodą pod ciśnieniem i parą technologiczną. W takich warunkach zabezpieczenie antykorozyjne konstrukcji stalowej wymaga stosowania systemów malarskich odpornych na wodę i środki czyszczące, a mimo to wymaga regularnych kontroli i konserwacji. Prefabrykaty żelbetowe ze stosownymi powłokami lub impregnacjami są w takim środowisku znacznie trwalsze i mniej wymagające konserwacyjnie.

Środowiska agresywne chemicznie – zakłady chemiczne, galwanizernie, zakłady przetwórstwa tworzyw sztucznych, składowiska nawozów – stawiają bardzo wysokie wymagania wobec odporności korozyjnej materiałów. Stal wymaga specjalistycznych, wielowarstwowych systemów ochrony powierzchniowej, których trwałość w agresywnym środowisku jest ograniczona. Beton jest odporny na wiele substancji chemicznych, choć nie na wszystkie – projekt musi uwzględniać konkretny skład agresywnego medium i dobrać odpowiednią klasę ekspozycji betonu.

Duże amplitudy temperatur – szczególnie w obiektach chłodniczych lub tych, gdzie procesy technologiczne generują intensywne ciepło – wpływają na zachowanie obu materiałów. Stal ma wysoki współczynnik rozszerzalności termicznej, co przy dużych rozpiętościach generuje znaczące siły w elementach. Żelbet jest pod tym względem stabilniejszy, choć i tu przejścia z niskich do wysokich temperatur wymagają właściwego zaprojektowania dylatacji.

Trwałość i koszty konserwacji w czasie

Horyzont myślenia o inwestycji przemysłowej powinien sięgać co najmniej 30-50 lat. W tej perspektywie koszty eksploatacji i konserwacji mogą wielokrotnie przewyższyć nakłady inwestycyjne i mają ogromny wpływ na ekonomikę całego przedsięwzięcia.

Stalowa konstrukcja wymaga cyklicznej konserwacji powłok antykorozyjnych. Częstotliwość i zakres tych prac zależą od agresywności środowiska, jakości pierwotnej powłoki i warunków eksploatacji. W standardowym środowisku przemysłowym generalny przegląd i naprawy punktowe co 5-8 lat oraz pełne przemalowanie co 15-20 lat można uznać za minimum. W środowiskach agresywnych interwały te są znacznie krótsze. Zaniedbanie konserwacji prowadzi do postępującej korozji, która stopniowo osłabia przekroje nośne i w efekcie może wymagać kosztownych wzmocnień lub wymiany elementów.

Prefabrykaty żelbetowe przy właściwym wykonaniu i projektowaniu są znacznie mniej wymagające konserwacyjnie. Właściwie dobrana klasa betonu i otulina zbrojenia zapewniają trwałość bez regularnych interwencji przez wiele dekad. Problemem może być zarysowanie betonu, odsłonięcie zbrojenia i korozja stali w zarysowaniach – ale są to zazwyczaj efekty błędów projektowych lub wykonawczych, nie immanentnej wady materiału.

Warto też uwzględnić wartość rezydualną obiektu po upływie zakładanego okresu użytkowania. Stalową konstrukcję można w znacznej części odzyskać – stal jest materiałem w pełni recyklowalnym i ma wartość złomową. Żelbet jest trudniejszy do rozbiórki, ale sama wartość rynkowa dobrze utrzymanego obiektu żelbetowego jest zazwyczaj wyższa niż porównywalnego obiektu stalowego o tym samym wieku.

Elastyczność funkcjonalna i możliwość rozbudowy

Potrzeby produkcyjne i logistyczne firm zmieniają się w czasie. Obiekt, który dziś idealnie odpowiada wymaganiom, za 10 lat może wymagać rozbudowy, zmiany układu wewnętrznego lub dostosowania do nowego procesu technologicznego. Stopień, w jakim dana konstrukcja umożliwia takie zmiany, ma realną wartość ekonomiczną.

Konstrukcja stalowa wyróżnia się tu wyższą elastycznością adaptacyjną. Wprowadzenie nowych otworów w ścianach lub dachu dla bram, świetlików czy przejść instalacyjnych wymaga stosunkowo prostych modyfikacji. Dobudowanie kolejnego segmentu hali wiąże się przede wszystkim z demontażem ściany szczytowej i montażem nowych ram stalowych. Zmiana rozstawu słupów w istniejącej hali jest już trudna i kosztowna, jednak modyfikacje w obrębie istniejącego układu konstrukcyjnego są stosunkowo wykonalne.

W prefabrykatach żelbetowych modyfikacje są trudniejsze. Węzły słup-rygiel są bardziej masywne i mniej podatne na przeróbki. Wykonanie nowego otworu w żelbetowej ścianie lub ryglach wymaga starannej analizy statycznej i zazwyczaj kosztownego wzmocnienia. Z drugiej strony, żelbetowa konstrukcja jest mniej podatna na przypadkowe uszkodzenia mechaniczne – uderzenie wózkiem widłowym lub transportem wewnętrznym w słup żelbetowy jest znacznie mniej groźne niż analogiczne uderzenie w słup stalowy.

W obu systemach rozbudowa wymaga masterplanu opracowanego już przy pierwotnym projekcie – określającego kierunek rozbudowy, przygotowanie fundamentów i instalacji, sposób przyłączenia nowych segmentów. Bez takiego planu rozbudowa, niezależnie od systemu konstrukcyjnego, jest trudniejsza i droższa niż powinna być.

Dla jakiej branży która konstrukcja?

Choć każda inwestycja wymaga indywidualnej analizy, pewne branże i typy obiektów mają wyraźne predyspozycje do jednego lub drugiego systemu konstrukcyjnego. Poniżej przedstawiamy praktyczne wskazówki wynikające z charakterystyki poszczególnych zastosowań.

Centra logistyczne i magazyny klasy A – dominuje konstrukcja stalowa. Duże rozpiętości przęseł (36-50 m), wysokości 10-12 m w świetle, krótki czas realizacji i wysoka elastyczność w rozmieszczeniu regałów i doków to wymagania, które stal spełnia optymalnie. Instalacja tryskaczowa i systemowe zarządzanie ryzykiem pożarowym pozwalają na ekonomiczne podejście do kwestii zabezpieczeń ogniochronnych.

Zakłady przemysłu spożywczego i farmaceutycznego – wyraźna przewaga prefabrykatów żelbetowych. Środowisko pracy (wysoka wilgotność, środki myjące, pary), wymagania sanitarne i wysoka klasa odporności ogniowej przemawiają za żelbetem. Gładkie, łatwe do utrzymania w czystości powierzchnie betonowe są też lepiej dostosowane do wymagań higienicznych tych branż.

Hale produkcyjne z suwnią ciężką – w zależności od nośności suwnic i wymagań precyzji. Suwnice do 50 t w typowym środowisku przemysłowym – realizowane w obu technologiach. Suwnice powyżej 100 t lub wymagające wyjątkowej stabilności toru – żelbet ma przewagę dzięki wyższej sztywności i masie tłumiącej drgania.

Zakłady motoryzacyjne, maszynowe, metalurgiczne – środowiska o umiarkowanej agresywności, często z suwnią, wymagające dużych przestrzeni roboczych. Zarówno stal jak i żelbet są stosowane, a wybór zależy od szczegółowych wymagań technologicznych i ekonomiki danego projektu.

Zakłady chemiczne i galwanizernie – agresywne środowisko chemiczne skłania ku żelbetowi lub konstrukcjom mieszanym z bardzo staranną ochroną elementów stalowych. Decyzja wymaga analizy konkretnego medium agresywnego i dopasowania klasy ekspozycji materiałów.

Hale produkcyjne lekkiej i średniej produkcji – sektor elektromaszynowy, elektroniczny, meblarski, poligraficzny – dominuje stal ze względu na elastyczność, szybkość realizacji i ekonomikę w standardowym środowisku pracy.

Dobór konstrukcji z Joka Budownictwo

Joka Budownictwo realizuje hale przemysłowe i magazynowe zarówno w technologii stalowej, jak i żelbetowej prefabrykowanej oraz w systemach mieszanych. Nie jesteśmy przywiązani do żadnej technologii z powodów handlowych – rekomendujemy rozwiązanie, które najlepiej odpowiada na konkretne wymagania inwestycji: technologiczne, środowiskowe, ppoż., budżetowe i harmonogramowe.

Na etapie przygotowania inwestycji przeprowadzamy analizę porównawczą systemów konstrukcyjnych, uwzględniającą rzeczywiste koszty całkowite – nie tylko koszt samej konstrukcji, ale też fundamentów, zabezpieczeń ogniochronnych, ochrony antykorozyjnej i przewidywanych kosztów konserwacji w przyjętym horyzoncie użytkowania. Taka analiza pozwala inwestorowi podjąć świadomą decyzję, a nie opartą na uproszczonych założeniach.

Chcesz wiedzieć, która technologia sprawdzi się lepiej w Twojej inwestycji? Skontaktuj się z nami – przeanalizujemy wymagania Twojego obiektu i przedstawimy rekomendację z jej technicznym i ekonomicznym uzasadnieniem.