SSB05 Projekt Wykonawczy Kratownic

7/24/2019 SSB05 Projekt Wykonawczy Kratownic

1/139

KONSTRUKCJE STALOWE

W EUROPIE

Jednokondygnacyjne

konstrukcje stalowe

Cz5: Projekt wykonawczy

kratownic


2/139


3/139

Jednokondygnacyjne

konstrukcje stalowe

Cz5: Projekt wykonawczy

kratownic


4/139 5 - ii


5/139

Cz5: Projekt wykonawczy kratownic

5 - iii

PRZEDMOWA

Niniejsza publikacja stanowi pit cz przewodnika projektanta zatytuowanegoJednokondygnacyjne konstrukcje stalowe.

PrzewodnikJednokondygnacyjne konstrukcje staloweskada siz nastpujcych 11 czci:

Cz1: Poradnik architekta

Cz2: Projekt koncepcyjny

Cz3: Oddziaywania

Cz4: Projekt wykonawczy ram portalowych


Cz6: Projekt wykonawczy supw zoonych

Cz7: Inynieria poarowa

Cz8: Przegrody zewntrzne budynku

Cz9: Wprowadzenie do oprogramowania komputerowego

Cz10: Wzorcowa specyfikacja konstrukcjiCz11: Poczenia zginane

Jednokondygnacyjne konstrukcje staloweto jeden z dwch przewodnikw projektanta.

Drugi przewodnik nosi tytuWielokondygnacyjne konstrukcje stalowe.

Obydwa przewodniki projektanta powstay w ramach europejskiego projektu Wspieranierozwoju rynku ksztatownikw na potrzeby hal przemysowych i niskich budynkw(SECHALO) RFS2-CT-2008-0030.

Przewodniki projektanta zostay opracowane pod kierownictwem firm ArcelorMittal,Peiner Trger oraz Corus. Tretechniczna zostaa przygotowana przez orodki badawcze

CTICM oraz SCI wsppracujce w ramach joint venture Steel Alliance.


6/139


5 - iv


7/139


5 - v

Spis treciNr strony

PRZEDMOWA iii

STRESZCZENIE vi

1

WPROWADZENIE 1

1.1 Definicja 11.2 Zastosowanie kratownic w budynkach jednokondygnacyjnych 11.3

Rne ksztaty kratownic 4

1.4 Wybrane aspekty projektowania kratownic konstrukcji dachowych 71.5 Projektowanie wiatrownic 10

2 WPROWADZENIE DO PROJEKTU WYKONAWCZEGO 122.1 Wymagania oglne 122.2 Omwienie przykadu praktycznego 14

3 ANALIZA GLOBALNA 173.1 Oglne 17

3.2

Modelowanie 183.3 Modelowanie przykadu praktycznego 19

3.4 Uproszczona analiza globalna przykadu praktycznego 213.5 Siy drugorzdne 233.6 Wpyw luzu powstaego w wyniku ugi 243.7

Modyfikacja kratownicy w celu przeprowadzenia urzdze 27

4 WERYFIKACJA ELEMENTW KONSTRUKCYJNYCH 314.1 Weryfikacja ciskanych elementw konstrukcyjnych 314.2 Weryfikacja elementw poddawanych rozciganiu 45

5 WERYFIKACJA POCZE 485.1 Charakterystyka poczenia kratownicy ze supkiem 48

5.2

Cigopasa dwigara 51

5.3 Poczenie krzyulcw z pasami dwigara 52

LITERATURA 55

ZACZNIK A Przykad praktyczny Projektowanie cigego poczeniapasa przy zastosowaniu poczez blachami nakadkowymi 57

ZACZNIK B Przykad praktyczny Projekt wza kratownicyz blachwzow 85


8/139


5 - vi

STRESZCZENIE

Niniejsza publikacja dostarcza wskazwek w zakresie projektowania kratownic budynkw

jednokondygnacyjnych. Zastosowanie konstrukcji z wykorzystaniem kratownic pozwala

na wznoszenie budynkw o dowolnych rozmiarach i ksztatach. Niniejszy dokumentwyjania, imoliwe jest zastosowanie kratownic zarwno dwu-, jak i trjwymiarowych.Kratownica w formie dwuwymiarowej to zasadniczo belka suca do podparcia konstrukcjidachowej budynku, o rozpitoci do 120 metrw w przypadku duych budynkw

przemysowych. Kratownica w formie trjwymiarowej moe bywykorzystywana dopokrycia duych przestrzeni bez koniecznoci stosowania podpr porednich. Ta formajest czsto wykorzystywana przy wznoszeniu duych hal wystawowych. Informacjeszczegowe zawarte w niniejszym dokumencie odnosz si gwnie do konstrukcjiwykorzystujcych kratownice dwuwymiarowe skadajce si z ksztatownikwwalcowanych, ale zasady te znajduj zastosowanie w przypadku wszystkich formkonstrukcji kratownic.


9/139


5 - 1

1 WPROWADZENIE

1.1 DefinicjaKratownica jest zasadniczo ukadem triangulowanym skadajcym sizazwyczajz prostych, wzajemnie poczonych elementw konstrukcyjnych. Czasem stosujesinazwdwigar kratowy. Poszczeglne elementy s poczone w wzach.Czsto zakada si, e sto poczenia nominalnie przegubowe. Siy zewntrzneoddziaujce na ukad oraz reakcje na podporach oddziaujna ogw wzach.Gdy wszystkie elementy i przyoone siy znajdujsiw jednej paszczynie,ukad okrelany jest jako kratownica paska lub dwuwymiarowa.

F

1 2

1

2

1 Osiowa sia ciskajca

2 Osiowa sia rozcigajca

Rysunek 1.1 Elementy kratownicy prostej poddane dziaaniu siosiowych

Gwn si oddziaujc na kady element konstrukcyjny jest osiowa siarozcigajca lub ciskajca. Gdy poczenia w wzach ssztywne, wystpujezginanie wtrne. Zjawisko to omwiono poniej.

1.2 Zastosowanie kratownic w budynkachjednokondygnacyjnychKratownice znajdujszerokie zastosowanie w typowych, jednokondygnacyjnych

budynkach przemysowych, penic dwie gwne funkcje:

Przenoszenie obciedachu:

- obciegrawitacyjnych (ciar wasny, pokrycie dachowe oraz urzdzeniaznajdujce sina dachu lub podwieszone do konstrukcji, obcienieniegiem),

- oddziaywazwizanych z wiatrem (w tym unoszenie przez wiatrzwizane z podcinieniem).

Zapewnienie statecznoci poziomej:

- wiatrownice na poziomie dachu lub na poziomach porednich(jeli swymagane),

- stenie pionowe w cianach bocznych i/lub szczytowych.

Dwa rodzaje oglnego ukadu konstrukcji typowego budynku jednokondy-gnacyjnego przedstawiono na rysunku 1.2 oraz rysunku 1.3.


10/139


5 - 2

W pierwszym przypadku (rysunek 1.2) statecznopoprzeczna konstrukcji jestzapewniona przez szereg kratownic portalowych: poczenia pomidzykratownic i supami zapewniaj nonoprzy zginaniu (moment cakowity).Konstrukcja portalowa poddawana jest obcieniom pochodzcym od patwii szyn bocznych.

W celu zapewnienia statecznoci wzdunej konstrukcji stosuje sipoprzecznwiatrownicdachowwraz ze steniem cian bocznych. W tym ukadzie siywywoane wzdunym obcieniem wiatrem sprzenoszone ze cian szczytowychna ciany boczne, a nastpnie na fundamenty.

Statecznopoprzeczna zapewniona przez kratownice portalowe

Statecznowzduna zapewniona przez wiatrownicpoprzeczni krzyulce pionowe (niebieski)

Brak wiatrownicy wzdunej

Rysunek 1.2 Ukad ramy portalowej


11/139


5 - 3

W drugim przypadku, jak pokazano na rysunku 1.3, kada kratownica pionowai dwa supy na ktrych jest ona rozpita stanowi konstrukcj z belekswobodnie podpartych: poczenie pomidzy kratownici supem nie kompensujedziaania cakowitego momentu zginajcego, a obie podstawy supw spoczone

przegubowo. Na szczytowym poziomie konstrukcji prostej wymagane jest

zastosowanie utwierdzenia poprzecznego. Jest ono zapewnione przez zastosowanie

wiatrownicy wzdunej, ktra siy poprzeczne wywoane dziaaniem wiatru naciany boczne przenosi na stone ciany szczytowe.

Kratownice pionowe sswobodnie podparte na supach

Statecznopoprzeczna zapewniona przez wiatrownicwzduni stenia pionowe cian szczytowych (niebieski)

Statecznowzduna zapewniona przez wiatrownicpoprzeczni krzyulce pionowe (zielony)

Rysunek 1.3 Ukad belki i supa

Kolejny ukad przedstawiono na rysunku 1.4. Konstrukcja dachu skada si

z kratownic gwnych rozpitych od supa do supa oraz kratownic drugorzdnychrozpitych midzy kratownicami gwnymi.


12/139


5 - 4

A A

L

Na przedstawionym rzucie poziomym

kratownice gwne zaznaczonokolorem niebieskim: ich rozpitoL

stanowi duszy bok siatki supw.

Rozpitokratownic drugorzdnych Ajest mniejsza (odlegopomidzykratownicami gwnymi).

Ten ukad jest obecniewykorzystywany w konstrukcjachdachu pilastego, jak zilustrowanona przekroju pionowym:

gwne belki stanowikratownicez rwnolegymi pasami,

belki drugorzdne (zielony) strjktne.

Kolorem czerwonym oznaczonoelementy podpierajce oknaskierowane na pnoc.

Rysunek 1.4 Oglny ukad 3

1.3 Rne ksztaty kratownicKratownice dostpne sw szerokim zakresie ksztatw. Przykady powszechniestosowanych ksztatw przedstawiono w tabeli 1.1.


13/139


5 - 5

Tabela 1.1 Gwne typy kratownic

Kratownica Pratta:W przypadku kratownicy Pratta ukoneelementy konstrukcyjne spoddawanerozciganiu ze wzgldu na obcieniagrawitacyjne. Ten rodzaj kratownicystosowany jest, gdy obcieniagrawitacyjne sdominujce.

W przypadku przedstawionej kratownicyukone elementy konstrukcyjne spoddawane rozciganiu ze wzgldu naobcienia zwizane z unoszeniem.Ten rodzaj kratownicy stosowany jest,gdy obcienia zwizane z unoszeniemsdominujce, jak w przypadkukonstrukcji otwartych.

Duerozp

itoc

i:o

d20do1

00m

Kratownica Warrena:W przypadku tego rodzaju kratownicyukone elementy konstrukcyjne spoddawane alternatywnie rozciganiuoraz ciskaniu.Ten rodzaj kratownicy wykorzystywany jestrwniew charakterze kratownicypoziomej bram/belek podsuwnicowych(patrz rysunek 1.5).

Istniejdwa rodzaje kratownic typu X: jeeli ukone elementy konstrukcyjne s

projektowane na ciskanie, kratownica typu Xstanowi zoenie dwch kratownic Warrena;

jeeli nonoukonych elementwkonstrukcyjnych poddanych ciskaniu jestpomijana, zachowanie jest takie samo jakw przypadku kratownicy Pratta.

Kratownice o takim ksztacie sczciejstosowane w funkcji wiatrownic, gdzie ukoneelementy konstrukcyjne sbardzo dugie.

Moliwe jest dodanie elementw drugorzdnychw celu: stworzenia porednich punktw przyoenia

obcienia, ograniczenia dugoci wyboczeniowej

elementw poddanych ciskaniu(bez wpywania na cakowite zachowaniekonstrukcji).

Wszys

tkiespor

dwyszczeg

lnionychro

dza

jw

kra

townicmog

bys

tosowanezarwnowprzypa

dkuko

ns

tru

kcj

i

kra

town

icporta

lowyc

h(pa

trzrysune

k1

.2),jakiw

konstru

kcjac

hkra

town

icpros

tych

(pa

trzrysune

k1.3

).

W przypadku wszystkich zilustrowanychpowyej form moliwe jest zastosowaniepojedynczego lub podwjnego nachyleniawzgldem grnego pasa kratownicypodpierajcej dach.Niniejszy przykad przedstawia kratownicdwuspadow.

Pas grny przedstawionych kratownictrjktnych o pojedynczym nachyleniu,czdachu pilastegoOkna skierowane na pnoc

Swo

bo

dn

iepo

dparte,

mn

iejsze

rozp

itocio

d10do

15m

Kratownica typu fink:Ten rodzaj kratownicy jest czciej stosowanyw konstrukcjach dachowych domw.


14/139


5 - 6

Kratownica pozioma znajduje sina poziomie grnego pasa bramypodsuwnicowej, co ma na celuprzeciwstawienie sisiom poziomymwywieranym przez koa na szyn(hamowanie wzka suwnicy,znoszenie boczne)

1

32

1 Belka podsuwnicowa2 Szyna suwnicy3 Stenie poziome

(kratownica typu V)

Rysunek 1.5 Stenie poziome belki podsuwnicowej

Na rysunku 1.6 oraz rysunku 1.7 przedstawiono kilka przykadw kratownicopisanych w tabeli 1.1.

Rysunek 1.6 Kratownica typu N rozpito100 m


15/139


5 - 7

Rysunek 1.7 Kratownica typu N (wraz z patwiami kratownicowymi typu N)

1.4 Wybrane aspekty projektowania kratownickonstrukcji dachowych

1.4.1 Kratownica czy belka dwuteowa

Przy tej samej wadze elementw stalowych kratownica zapewnia lepsze

wasnoci w zakresie nonoci i sztywno ni belka dwuteowa. Rnica tapogbia siw przypadku duych rozpitoci i/lub duych obcie.

Zalety zastosowania kratownicy s w peni wykorzystane, gdy wysokokratownicy nie jest ograniczona innymi czynnikami ni sama sprawnokonstrukcyjna (np. ograniczenie cakowitej wysokoci budynku).

Jednak produkcja kratownicy jest na og bardziej czasochonna ni belkidwuteowej, nawet przy uwzgldnieniu udoskonalonych urzdzeprodukcyjnych

pozwalajcych na optymalizacjczasu wytwarzania.

Rwnowaga pomidzy minimaln wag a minimalnym kosztem zaley odwielu czynnikw: wyposaenia oddziau produkcyjnego, lokalnych kosztw

produkcji, jednostkowej ceny stali itd. Kratownice szazwyczaj rozwizaniemuzasadnionym ekonomicznie w przypadku rozpitoci powyej 20 lub 25 m.

Zalet stosowania kratownic w konstrukcjach dachowych jest moliwoprzeprowadzenia przewodw oraz rur stanowicych niezbdnczinstalacjibudynku przez elementy usztywniajce kratownicy.


16/139


5 - 8

1.4.2 Informacje oglne dotyczce geometrii

Aby zapewni odpowiednie zachowanie si konstrukcji, stosunek rozpitocido wysokoci kratownicy powinien zawierasiw przedziale od 10 do 15.

Projekt architektoniczny budynku okrela jego geometrizewntrznoraz decydujeo spadku/spadkach zastosowanych w przypadku grnego pasa kratownicy.

W zalenoci od przeznaczenia przestrzeni wewntrznej mona zastosowapoziomy pas dolny (np. gdy do pasa majbypodwieszone przenoniki) albonachylony pas wewntrzny, dziki czemu uwolniona zostaje maksymalnadostpna przestrze(patrz ostatni przykad w tabeli 1.1).

W celu zapewnienia efektywnego rozmieszczenia elementw kratownicy pomidzypasami zaleca siprzyjcie nastpujcych zaoe:

nachylenie elementw ukonych w stosunku do pasw powinno zawierasiw przedziale od 35 do 55;

obcienia skupione powinny byprzyoone wycznie w wzach;

zastosowana orientacja elementw uko

nych powinna zapewnia

,e najd

uszeelementy spoddawane rozciganiu (elementy krtsze spoddawane ciskaniu).

1.4.3 Przekrj elementw konstrukcyjnych

Istnieje wiele rozwiza. Gwne kryteria snastpujce:

ksztatowniki powinny bysymetryczne pod wzgldem wyginania z paszczyznypionowej kratownicy,

w przypadku elementw poddawanych ciskaniu nonoprzy wyboczeniuw paszczynie pionowej kratownicy powinna by podobna do nonoci

przy wyboczeniu z paszczyzny.

Bardzo popularnym rozwizaniem, zwaszcza w przypadku budynkwprzemysowych, jest zastosowanie elementw zoonych z dwch ktownikwpoczonych przy uyciu rub z pionowymi blachami wzowymi i poczonychporednio przewizkami, zarwno w przypadku pasw, jak i elementwwewntrznych. Jest to rozwizanie bardzo proste, a zarazem skuteczne.

W przypadku elementw poddawanych dziaaniu duych si, dobrym rozwizaniemjest zastosowanie:

pasw wykonanych z ksztatownikw IPE, HEA lub HEB bd elementuzoonego z dwch ceownikw (UPE);

krzyulcw zoonych z dwch ktownikw poczonych przewizkami.

rodnik ksztatownika IPE/HEA/HEB pasa jest zorientowany pionowo bdpoziomo. Poniewa atwiej jest zwikszy nono pasw na wyboczeniew paszczynie (przez dodanie ukonych elementw drugorzdnych) ni nawyboczenie z paszczyzny, skuteczniejsze jest poziome zorientowane rodnikaw przypadku pasw poddawanych ciskaniu. Z kolei atwiej jest poczy

patwie z grnym pasem, jeeli rodnik zorientowany jest pionowo.

Dobrym rozwizaniem moe byzastosowanie pionowego rodnika w przypadkupasa grnego, a poziomego w przypadku pasa dolnego.

Inna grupa rozwiza zakada zastosowanie w roli pasw i/lub elementwwewntrznych ksztatownikw zamknitych.


17/139


5 - 9

1.4.4 Typy pocze

W przypadku kadego typu ksztatownikw mona zaprojektowapoczeniarubowe lub poczenia spawane. Zazwyczaj na miejscu budowy czciej stosujesipoczenia rubowe. W przypadku poczerubowanych, w ktrych rubyobcione sw kierunku prostopadym do ich trzonu, konieczne jest przeprowadzenieanalizy konsekwencji poluzowania pocze. W celu ograniczenia tych konsekwencji

(zazwyczaj objawiajcych sizwikszeniem ugi) mona zastosowarozwizaniaobejmujce np. uycie rub spranych lub zmniejszenie rozmiaru otworu.

1.4.5 Statecznopoprzeczna

Konieczne jest projektowanie pasw poddawanych ciskaniu wzgldemwyboczenia z paszczyzny. W przypadku kratownic swobodnie podpartychgrny pas poddawany jest ciskaniu ze wzgldu na obcienie grawitacyjne,natomiast dolny pas poddawany jest ciskaniu ze wzgldu na obcieniazwizane z unoszeniem. W przypadku kratownic portalowych kady pas

poddawany jest czciowo ciskaniu i czciowo rozciganiu.

Utwierdzenie boczne pasa grnego jest zazwyczaj zapewnione przez patwie

oraz poprzecznwiatrownicdachow.

W celu utwierdzenia dolnego pasa moe bywymagane zastosowanie dodatkowegostenia, jak przedstawiono na rysunku 1.8. Takie stenie pozwala ograniczydugowyboczeniowdolnego pasa przy wyboczeniu z paszczyzny kratownicydo odlegoci pomidzy punktami stonymi bocznie: suone do przeniesieniasiutwierdzenia na poziom pasa grnego, na ktrym znajduje sigwna czstenia dachowego. Ten typ stenia stosowany jest rwnie w przypadku,kiedy do dolnego pasa dwigara przyoone jest obcienie poziome (np. siywywoane hamowaniem przenonika podwieszanego).

A A

A A A

A

Kratownica

AA

Stenie krzyulcami pomidzy kratownicami

Pogrubione, czarne linieprzerywane: dwiessiadujce ze sobkratownice

Niebieski: patewuzupeniajca steniew czci grnej

Zielony: element

wzduny zamykajcystenie w czci dolnejCzerwony: pionowe

stenie dachowe

Rysunek 1.8 Stenie boczne

Patwie dachowe suczsto jako czstenia pasa grnego. Wprowadzenieelementw wzdunych w pasie dolnym pozwala na zapewnienie statecznocikratownic przez to samo stenie pionowe.

Moliwe jest zastosowanie poziomej wiatrownicy na wysokoci pasw dolnych przyuyciu elementw wzdunych, ktre zapewniajstatecznowszystkich kratownic.


18/139


5 - 10

1.5 Projektowanie wiatrownic1.5.1 Wiatrownica poprzeczna

Zazwyczaj wiatrownica poprzeczna ma nastpujckonstrukcj(patrz rysunek 1.2):

Wiatrownica ma formkratownicy typu X umieszczonej rwnolegle dopaszczyzny dachu.

Pasy wiatrownicy sgrnymi pasami dwch przylegajcych do siebiekratownic pionowych. Oznacza to, e siy osiowe wystpujce w tychelementach wynikajce z obcienia kratownicy pionowej oraz obcieniawiatrownicy muszbyzsumowane (w celu przyjcia waciwejkombinacji oddziaywa).

Supkami wiatrownicy szwykle patwie dachowe. Oznacza to, e patwiete obok zginania powodowanego obcieniem dachu poddawane stakeciskaniu.

W przypadku wiatrownicy o duej rozpitoci moliwe jest take stosowanieosobnych supkw (zwykle o przekroju rurowym), ktre nie penifunkcji

patwi.

Ukone elementy konstrukcyjne sczone w paszczynie supkw. Jeelisupki te spatwiami, ukone elementy konstrukcyjne sczone u doutych patwi. W przypadku duych kratownic typu X uwzgldniane jest

jedynie rozciganie krzyulcw i moliwe jest zastosowanie pojedynczychktownikw lub kabli.

Wygodnie jest rozmieciwiatrownice poprzeczne na obu kocach budynku,ale wane jest wwczas waciwe uwzgldnienie rozszerzalnoci cieplnej,ktra moe byprzyczynpowstawania znacznych si, gdy elementy wzdunesmocowane pomidzy dwoma ukadami ste, w szczeglnoci w przypadku

budynkw duszych ni60 m.

Aby umoliwikompensacjrozszerzania sielementw wzdunych, wiatrownicapoprzeczna moe zosta umieszczona porodku budynku, ale wymagane jestwtedy zapewnienie przenoszenia obcie wynikajcych z oddziaywaniawiatru ze cian szczytowych na rodkowe stenie wiatrowe.

Wiatrownice poprzeczne s czasem umieszczane w drugich i przedostatnichprzsach dachu, poniewaw sytuacji, gdy patwie uywane sw roli supkwwiatrownicy, przsa te w mniejszym stopniu podlegajuginaniu pod wpywemobcienia dachu.

Poddawane ciskaniu patwie penice funkcj supkw wiatrownicy muszczasem bywzmacniane:

w celu wzmocnienia patwi IPE: zastosowaspawane ktowniki lubceowniki (UPE);

w celu wzmocnienia patwi formowanych na zimno: zwikszygruboodpowiedniego przsa lub, jeli nie jest to wystarczajce, zwikszydwukrotnie przekrj patwi (z cznikiem w przypadku patwi zetowych,

poczeniem plecami w przypadku patwi typu sigma).


19/139


5 - 11

1.5.2 Wiatrownica wzduna

Stosowanie wiatrownicy wzdunej (pomidzy stonymi kocami cianyszczytowej) jest konieczne w budynkach, w ktrych kratownice dachowe nie

majkonstrukcji portalowej.

Oglny ukad jest podobny do tego opisanego w przypadku wiatrownic

poprzecznych:

kratownica typu X,

pasy w maych budynkach s dwiema liniami patwi lub elementamidodatkowymi (zwykle o przekroju rurowym),

supki sgrnymi pasami kolejnych statecznych kratownic dachowych.


20/139


5 - 12

2 WPROWADZENIE DO PROJEKTUWYKONAWCZEGO

W kolejnych rozdziaach przedstawiono projekt wykonawczy kratownicy,

odwoujc si do przykadu praktycznego. Niniejszy rozdzia zawierapodsumowanie oglnych wymaga oraz informacje wstpne dotyczceprzykadu. Kolejne rozdziay obejmujnastpujce tematy:

Rozdzia3: Analiza globalna,

Rozdzia4: Weryfikacja elementw konstrukcyjnych,

Rozdzia5: Weryfikacja pocze.

Szczegowe obliczenia do weryfikacji poczenia blachy wzowej oraz stykupasa podano w Zacznikach A oraz B.

2.1 Wymagania oglneW projekcie uwzgldnione zostannastpujce parametry:

estetyka,

geometria (dugoprzsa, wysoko, podniesienie itp.),

oddziaywania.

Naley rozpatrzynastpujce wymagania:

wymagania prawne,

wymagania kontraktowe w odniesieniu do norm,

szczegowe wymagania kontraktowe.

Kompletny projekt skada si z zestawu dokumentw wykonawczychdotyczcych danej konstrukcji.

Charakter wymaga prawnych jest rny w rnych krajach. Ich celem jestzazwyczaj ochrona ludzi. Odnosz si w szczeglnoci do zachowania

budynku pod wpywem zjawisk sejsmicznych oraz w warunkach poaru (patrzprzewodnikJednokondygnacyjne konstrukcje stalowe.Inynieria poarowa

1).

Zawarte w normach wymagania dotyczokrelania uwzgldnianych oddziaywa,

uywanych metod analizy oraz kryteriw weryfikacji w odniesieniu do nonocioraz sztywnoci.

Nie ma ograniczenia co do liczby wymaga szczegowych, jakie mog bynarzucone wzgldem poszczeglnych budynkw, ale dotyczone gwnie geometriikonstrukcji i majwpyw na wyznaczanie oddziaywa, w szczeglnoci tychklimatycznych.


21/139


5 - 13

Zobowizania oraz ukady wzajemnie na siebie oddziaujce zwizane z projektemwykonawczym mogobejmowa:

zakaz stosowania rur jako dolnych pasw kratownic, do ktrych klientplanuje podwiesiurzdzenia przemysowe;

zobowizanie do stosowania rur jako pasw kratownicy podyktowane

wzgldami estetycznymi; wykorzystanie dachu do zapewnienia statecznoci niektrych elementw

konstrukcyjnych.

Na poniszym schemacie blokowym przedstawiono gwne etapy projektowaniaelementw konstrukcyjnych.

DANE

WYBRANALIZY

GLOBALNEJ

WERYFIKACJANONOCIELEMENTU

WERYFIKACJANONOCIPOCZE

EC3-1-8

EC3-1-1

Wymagania kontraktowe:Dane geometryczneWystpowanie ssiednich

konstrukcjiZobowizania lub

ograniczenia dotyczcewyboru ksztatownikw

Charakter i umiejscowienieobciestaych

Charakter i umiejscowienieobcieuytkowych

Przegrody zewntrzne jakoelementy zapewniajcestateczno

Dane okrelonew przepisachoraz normy:Obcienia

klimatyczneObcienia

sejsmiczneObcienia

eksploatacyjne

KRYTERIAWERYFIKACJI

SLS

ROZDZIA3

ROZDZIA4

ROZDZIA5

EC1EC8

Rysunek 2.1 Schemat blokowy projektowania elementu konstrukcyjnego


22/139


5 - 14

2.2 Omwienie przykadu praktycznegoPrzykad praktyczny rozpatrywany w kolejnych rozdziaach dotyczy kratownicyo duej rozpitoci podtrzymujcej dach budynku przemysowego za pomoc

patwi kratownicowych. Przykad ten opracowano, bazujc bezporednio nakonstrukcji rzeczywistej i uproszczono go w celu uzyskania lepszego pogldu.

1

2

1 Kratownica gwna2 Patew kratownicowa

Uwaga: stenie poziome nie jest ukazane na rysunku, aczkolwiek zaprojektowane jestw sposb gwarantujcy efektywne utwierdzenie boczne gwnych kratownic za pomocpatwi.

Rysunek 2.2 Przykad praktyczny oglny ukad dachu

Dach obiektu jest symetrycznym dachem dwuspadowym, a jego nachylenie po

kadej stronie wynosi 3%.

Rozpitokadej kratownicy gwnej wynosi 45,60 m. Wszystkie kratownices swobodnie podparte u gry supw (nie ma przenoszenia momentu pomidzykratownica supem).

Oglna stateczno poprzeczna budynku zapewniona jest przez unieruchomieniesupw na poziomie podoa. Stateczno wzdun gwarantuj ukad stedachowych i stone sekcje cian.


23/139


5 - 15

1

2 5

6

4

3

7

1

2

4

1 Grny pas IPE 330 ze rodnikiempoziomym

2 Dolny pas IPE 330 ze rodnikiempoziomym

3 Supek ktownik pojedynczyL 100 x 100 x 10

4 Grna czsupa (IPE 450)

5 Krzyulce ktownik podwjny6 Elementy kratownicy drugorzdnej7 Szkic przekroju poprzecznego

Rysunek 2.3 Przykad praktyczny wygld kratownicy

Kratownica zostaa przedstawiona na rysunku 2.3. Pasy kratownicy srwnolege i wykonane z ksztatownikw IPE 330 z poziomymi rodnikami.Krzyulce wykonane s z ktownikw bliniaczych: dwa ktowniki120 120 12 krzyulcw poddawane rozciganiu na skutek obcieniagrawitacyjnego (zaznaczone na rysunku powyej na niebiesko), dwa ktowniki150 150 15 krzyulcw poddawane rozciganiu na skutek obcieniagrawitacyjnego (zaznaczone na rysunku powyej na czerwono). Supkiwykonane sz ktownikw pojedynczych 100 100 10.

Naley zauway, e w panelach rodkowych zastosowano krzyulce drugorzdneoraz supki. Zazwyczaj bd one montowane w celu osignicia ktregoz nastpujcych celw:

umoliwienie przyoenia obcienia punktowego pomidzy wzamigwnymi bez konsekwencji w postaci dalszego ugicia pasa grnego,

zmniejszenie wyboczenia centralnych elementw konstrukcyjnych grnegopasa w paszczynie kratownicy.

W tym przykadzie kratownice drugorzdne zmniejszajdugowyboczeniow.

Pary ktownikw tworzcych przekrj krzyulca s poczona ze sob

przewizkami, co zapewnia oddziaywanie czne w odniesieniu do wyboczeniapomidzy wzami kratownicy. Aby zastosowane przewizki speniay swojrol, musz zapobiega miejscowemu zelizgiwaniu si jednego ktownikawzgldem drugiego. Wicej informacji mona znalew punkcie 4.1.3.


24/139


5 - 16

Kady pas jest wytwarzany w dwch czciach (patrz rysunek 3.6). Krzyulceoraz supki s przykrcane za pomoc rub na obu kocach do poziomych

blach wzowych, ktre to z kolei spawane sdo poziomych rodnikw paswIPE 330 dwigarw. Szczegowe rysunki tego typu poczenia mona znalew Zaczniku A oraz punktach 5.2 i 5.3.

Supy podpierajce kratownicsksztatownikami typu IPE 450 ze rodnikiemprostopadym do paszczyzny belki kratownicy.

W celu zilustrowania wszystkich poruszanych tu kwestii belka kratownicy

z przykadu praktycznego zostaa zaprojektowana na dwie sytuacje: przypadekobcienia grawitacyjnego i przypadek obcienia powodowanego siunoszeniawiatru. Obcienia te odpowiadaj kombinacji oddziaywa wyznaczonychzgodnie z normEN 1990 w celu weryfikacji odniesionej do stanu granicznegononoci (ULS).

91 kN136 kN

182 kN182 kN

182 kN

136 kN91 kN

Kombinacja ULS nr 1: obcienie grawitacyjne(bez ciaru wasnego)

43,50 kN 65,25 kN87 kN

87 kN 87 kN 65,25 kN 43,50 kN

Kombinacja ULS nr 2: dziaanie siy unoszcej

Rysunek 2.4 Przykad praktyczny kombinacje obcie


25/139


5 - 17

3 ANALIZA GLOBALNA

3.1 OglneW punkcie 1.1 opisano oglne zachowanie kratownicy. W rzeczywistocizachowanie konstrukcji rni si od tego uzyskanego na drodze rozwaateoretycznych i jego analiza wymaga uwzgldnienia odchyek. Oprczdziaania siosiowych odchyki obejmujw szczeglnoci zginanie elementwkonstrukcyjnych. Te momenty zginajce znane pod nazw momentwdrugorzdnych moggenerowa znaczne dodatkowe naprenia w elementachtworzcych kratownice.

Odchyki uwzgldniane w projektowaniu przyjmujrne formy:

Zazwyczaj nie wszystkie elementy tworzce konstrukcje s poczoneprzegubowo w swoim pierwotnym wle i kocowym. W szczeglnocipasy kratownic szwykle wytwarzane tylko w jednej dugoci, zapatwie

kratownicowe w kilku dugociach: cige pasy s wwczas czonew swoich wzach pierwotnych i kocowych na sztywno. Obracanie siwzw powodowane ogln deformacj belki kratownicy wywoujez kolei moment zginajcy w poczonych na sztywno elementach imsztywniejsze selementy konstrukcyjne pasa, tym wiksze swystpujcew nich momenty (patrz punkt 3.4).

Elementy konstrukcyjne nie zawsze s dokadnie wyrwnane w swoichpierwotnych i kocowych wzach. Momenty zginajce powodowaneniewsposiowoci zwikszaj si proporcjonalnie do wielkoci tejniewsposiowoci i do sztywnoci elementw. Zjawisko to zilustrowanow punkcie 3.6.

Obcienia nie zawsze sprzykadane bezporednio do wzw i gdy niezastosowano drugorzdnych elementw konstrukcyjnych triangulujcych

punkt przyoenia obciepomidzy wzami, powstajmomenty zginajce.


26/139


5 - 18

3.2 ModelowanieNaley rozwayklika kwestii odnoszcych sido modelowania kratownic.

Zawsze wygodniej jest pracowa na modelach ograniczonych. Na przykadprojektujc budynki standardowe, czsto pracuje si na modelachdwuwymiarowych (rama portalowa, wiatrownica, stenie pionowe) zamiastna niepowtarzalnych oraz globalnych modelach trjwymiarowych i podejcieto jest zwykle uzasadnione. Kratownica, gdy jest poczona ze supami

przegubowo, moe bymodelowana nawet bez podpierajcych jsupw.

Niemniej naley zauway, e:

Jeeli stosowane s modele oddzielne, w celu zweryfikowania nonociniektrych elementw konieczne moe okaza si poczenie wynikwz kliku analiz. Przykad: grny pas kratownicy peni take rol pasawiatrownicy.

W przypadku zastosowania globalnego modelu trjwymiarowego moliwejest zaobserwowanie zginania ubocznego", ktre czsto daje jedyniepozornie dokadne odwzorowanie procesw zachowywania sikonstrukcji.Dlatego z reguy preferowane smodele dwuwymiarowe.

W przykadzie praktycznym, w ktrym kratownica podparta jest swobodnie nasupach, wybrany model projektowy przedstawia jedynie tkratownic.

Po okreleniu zakresu modelu i zaadaptowaniu go zgodnie z planowanymzastosowaniem otrzymanych wynikw, wane jest uwzgldnienie rodzaju

poczewewntrznych. Obecnie w modelowaniu elementw konstrukcyjnychwybr dokonywany jest pomidzy elementem poczonym w wle przegubowoa elementem poczonym z wzem na sztywno. Moliwo modelowania

poczepsztywnych wymieniona w normie EN 1993 jest rzadko stosowanaw odniesieniu do kratownic.

W przypadku kratownic model jest zwykle reprezentowany jako:

pasy cige (i tym samym elementy konstrukcyjne pasw poczone nasztywno na obu kocach) lub

elementy kratownicy(krzyulce i elementy pionowe) czone przegubowoz pasami.


27/139


5 - 19

3.3 Modelowanie przykadu praktycznegoW rozwaanym przykadzie praktycznym krzyulce kratownicy s poczonez pasami przegubowo, aczkolwiek poczenia wykonywane s przy pomocyrub o wysokiej wytrzymaoci, odpowiednich do sprania z kontroldokrcania.Zapewnia to poczenie sztywne bez luzu pomidzy krzyulcem a poczeniowymi

blachami wzowymi. Poczenie moe byuwaane za przegubowe, poniewapionowe blachy wzowe sspawane w rodkowej czci poziomego, niezbytsztywnego rodnika IPE 330.

Modelowanie przedstawiono na rysunku 3.1. Poszczeglne elementy konstrukcyjne

zostay ponumerowane.

Czpo stronie lewej

Czpo stronie prawej

Rysunek 3.1 Model komputerowy

Wane jest, aby model odzwierciedla niewsprodkowoci wystpujcew konstrukcji rzeczywistej. Mogmieone znaczny wpyw, jak przedstawionow punkcie 3.6.1.

Wane jest take, by modelowanie obcie odzwierciedlao stan faktyczny.W szczeglnoci przykadanie do wzw kratownicy obcie, ktrew rzeczywistoci wystpuj pomidzy wzami grozi pominiciem efektuzginania o cakiem znaczcych skutkach.


28/139


5 - 20

Najwaniejsze wyniki analizy dotyczcej lewej czci kratownicy zaprezentowanona rysunku 3.2.

Kombinacja obciestanw granicznych nonoci (ULS) nr 1 (obcienie grawitacyjne) sia osiowa (N) wyraona w kN

Kombinacja obciestanw granicznych nonoci (ULS) nr 1 (obcienie grawitacyjne) moment zginajcy (M) wyraony w kNm

Kombinacja obciestanw granicznych nonoci (ULS) nr 2 (sia unoszca) sia osiowa (N) wyraona w kN

Kombinacja obciestanw granicznych nonoci (ULS) nr 2 (sia unoszca) moment zginajcy (M) wyraony w kNm

Rysunek 3.2 Przykad praktyczny siy osiowe i momenty zginajce


29/139


5 - 21

Warte odnotowania sksztaty wykresw momentw wystpujcych w elemenciekonstrukcyjnym:

w pasach i krzyulcach ciar wasny generuje moment zginajcy o ksztacieparabolicznym,

w pasch modelowanie cige (elementy konstrukcyjne poczone na sztywno

na obu kocach) prowadzi do pojawienia simomentw na wzach.

3.4 Uproszczona analiza globalna przykadupraktycznegoBelktriangulowano staej wysokoci mona przyrwnado belki dwuteowej.Takie porwnanie jest moliwe i zapewnia dobre przyblienie na przykadw odniesieniu do kratownic z rwnolegymi pasami.

Globalna sia cinajca Vglobaloraz globalny moment zginajcyMglobalw belcerwnowanej zmieniajsiw bardzo niewielkim stopniu wzdupanelu i mog

byprzyrwnane do wartoci rednich w tym panelu. Zatem obcienie osiowemona oszacowa za pomoc nastpujcych wyrae (patrz oznaczenia narysunku 3.3):

Nch= Mglobal/h w pasach,

Nd= Vglobal/cos w krzyulcu.

h

Rysunek 3.3 Kratownica z rwnolegymi pasami oznaczenie

Podobne oszacowanie mona przeprowadzi take w przypadku odksztacebelki kratownicy przez obliczenie ich dla tego samego obcienia w odniesieniudo belki rwnowanej. W tym celu klasycznie korzysta si z teorii belkielementarnej, przyjmujc moment bezwadnoci przekroju belki rwnowanejwynoszcy:

22

1

ch, i

i

idAI =

=

gdzie:

Ach,i jest polem przekroju pasa i,

di jest odlegociod rodka masy obu pasw do rodka masy pasa i.


30/139


5 - 22

Aby uwzgldninie ujte we wzorach podstawowych globalne odksztaceniawynikajce ze cinania, stosuje sizredukowany modusprystoci. Globalneodksztacenia przy cinaniu nie mogbyw rzeczywistoci pomijane w przypadkukratownic, poniewawynikajone z rnic w dugociach krzyulcw i supkw.Warto zredukowanego moduu sprystoci wyranie zaley od geometriikratownicy, przekroju elementw konstrukcyjnych itp. W przypadku belki

kratownicy o waciwych proporcjach pasw rwnolegych zredukowany modusprystoci wynosi ok. 160 000 N/mm2(zamiast 210 000 N/mm2).

4000

101 kN 158 202 202 202 158 101

7100 7200 8500 8600 7100 7100

Kratownica (kombinacja nr 1), z uwzgldnieniem ciaru wasnego

461 (616)

303 (405)

101 (135)

-101 (-135)

-303 (-405)

-461 (-616)

562

-562

Wykres globalnej siy cinajcej V(kN)W nawiasach: wartoci Nd= V/cos

3273(818)

5455(1364) 6320

(1580)

5455(1364)

3273

(818)

Wykres globalnego momentu zginajcego M(kNm)W nawiasach: wartoci Nch= M/h

Rysunek 3.4 Przykad praktyczny obliczenia przyblione

Wartoci si osiowych wystpujcych w pasach dwigara uzyskane metoduproszczon,Mglobal/h, pokazano na rysunku 3.4. Wartoci te sbardzo bliskiewartociom uzyskanym przy uyciu programu do analizy konstrukcji (patrzrysunek 3.2) w przypadku ksztatownikw znajdujcych siw pobliu miejsc

przyoenia obcie. Niewielka rnica wynika z nachylenia (3%) paswkratownic wykorzystanych w przykadzie praktycznym, ktre nie zostaouwzgldnione w obliczeniach rcznych.

Rwniewartoci siosiowych wystpujcych w krzyulcach uzyskane metoduproszczon, Vglobal/cos , sbardzo zblione do wartoci otrzymywanych przyuyciu programu komputerowego.


31/139


5 - 23

3.5 Siy drugorzdne3.5.1 Wpyw sztywnoci pasa dwigara

Elementy pasw kratownic uywanych w konstrukcji s rzadko czonew wzach przegubowo. Czciej stosuje si poczenia sztywne, co oznacza,e naley zachowaodpowiednie kty midzy elementami przyczonymi do

tego samego wza. W momencie odksztacania sikonstrukcji pod wpywemobcienia wszystkie koce elementw konstrukcyjnych obracajsio ten samkt wokwza. W tych warunkach obcienia zginajce (momenty zginajceoraz siy cinajce) zwane siami drugorzdnymi s dodawane do obcieosiowych wystpujcych w elementach obliczonych przy zaoeniu, e wzysprzegubowe (siy podstawowe).

W projektowaniu przyjo sistosowanie cigych elementw pasw dwigaraoraz przegubowych poczeelementw kratownicy.

W rzeczywistoci przeksztacanie poczeprzegubowych w wzy sztywne niepowoduje prawie adnych zmian w siach osiowych wystpujcych w elementach,poniewacinanie przenoszone przez te elementy ma niewielki wpyw na rwnanie

rwnowagi siwzowych, jak rwnie patrzc z drugiej strony zginanieelementu powodowane drugorzdnymi momentami zginajcymi przyczynia sijedynie do powstawania niewielkiej odchyki w odlegoci pomidzy kocamirozwaanego elementu w porwnaniu z rnic w dugoci powodowanoddziaywaniem siy osiowej.

Niemniej istotne jest, by triangulowane konstrukcje byy projektowane waciwie tak aby elementy byy odpowiednio rozmieszczone, w sposb gwarantujcywytrzymanie naprezginajcych, ale by nie byy zbyt smuke, aby uniknwyboczenia. Naley zauway, e im wiksza jest sztywno pasw (ktrezwykle s pasami cigymi) w porwnaniu do globalnej sztywnoci belkikratownicy, tym wiksze s momenty powstajce w pasach. Na przykadw przypadku wiatrownicy dachowej sztywno pasw jest relatywnie maai rwnie niewielkie pozostajmomenty drugorzdne.

W przypadku kratownic masywnych, tj. gdy sztywnogitna poszczeglnychpasw nie jest znacznie mniejsza od globalnej sztywnoci kratownicy,konieczne moe byuwzgldnienie momentw drugorzdnych. Naley wwczasodpowiednio zaprojektowaelementy oraz poczenia.

Zjawisko to mona zilustrowaw przykadzie praktycznym przez zastosowanieksztatownikw IPE 330 jako stojcych elementw pasw, zamiastelementw uoonych pasko jak w projekcie wstpnym (rysunek 3.5).Wwczas pasy, wykorzystujc swojdubezwadno, uginajsiw paszczynie

pionowej elementu kratownicy. Wyniki oblicze dobrze odzwierciedlaj

znaczcy wzrost momentw drugorzdnych.

Rysunek 3.5 Opcje orientacji pasw


32/139


5 - 24

Wywoywany obcieniem grawitacyjnym (ULS) moment zginajcy w pobliupoowy rozpitoci pasa grnego utworzonego ze stojcego ksztatownikaIPE 300 wynosi 28,5 kNm. W przypadku ksztatownika IPE 330 uoonego

pasko moment ten ma warto2,7 kNm.

Podobnie moment zginajcy w pasie dolnym wynosi odpowiednio 23,4 kNm

w porwnaniu do 1,7 kNm.

Mnonik momentw zginajcych w przypadku pasa grnego ma warto 11,a pasa dolnego 14. Wartoci te s porwnywalne ze wspczynnikiem

bezwadnoci ksztatownika IPE 330 (ok. 15).

3.5.2 Zaoenie poczesztywnych

W innych analizach wpywu sztywnoci elementu konstrukcyjnego na wartomomentw drugorzdnych kratownica z przykadu zostaa przeliczona przyzaoeniu, e wszystkie poczenia wewntrzne s sztywne (krzyulce orazelementy pionowe przymocowane w swoich pierwotnych wzach kocowych).Porwnanie wynikw zestawiono w tabeli 3.1. W tabeli tej mona zauway,

e momenty na kocach mieszcz si w tym samym zakresie co momentywynikajce z ciaru wasnego krzyulcw.

Tabela 3.1 Wpyw zastosowania poczesztywnych zamiast przegubowych

rodnikpoziomy

rodnikpionowy

Moment na kocach krzyulca poddawanegorozciganiu(ktowniki podwjne 120 x 12)

1,03 1,17

Moment na kocach krzyulca poddawanego ciskaniu(ktowniki podwjne 150 15)

1,30 2,35

Moment wynikajcy z ciaru wasnego (dla porwnania) 1,36 1,36

Zaoenie krzyulcw dwuprzegubowych Dopuszczalne DopuszczalneUwaga: momenty zginajce podano w kNm.

3.6 Wpyw luzu powstaego w wyniku ugiGdy poczenia pomidzy elementami tworzcymi belk kratownicy s

poczeniami rubowymi, w ktrych ruby poddawane scinaniu (kategoria Aw normie EN 1993-1-8

[2]), luz wprowadzany w tych poczeniach moe

w znaczcym stopniu wpywana przemieszczenie wzw.

Aby uatwimonta, ruby sw rzeczywistoci wkadane w otwory, ktre s

wiksze od nich. Pod

ruby o rozmiarach standardowych wykonywane s

zwykle otwory wiksze o ponad 2 mm od danej ruby (zwykle jest to okrelane

jako 2 mm luz).

Aby poczenie z luzem przenosio na wze obcienie wymagane przezprzymocowany element, ruba musi si stykaz ktrz poczonych czci:czsto nazywane jest to wybieraniem luzu. W przypadku poczonychelementw rozciganych luz ten moe by asymilowany jako wydueniedodatkowe do wyduenia sprystego takiego elementu. Analogicznie w przypadku

poczonych elementw ciskanych luz jest asymilowany jako zmniejszeniedugoci, ktre sumuje size sprystym skrceniem takiego elementu.


33/139


5 - 25

Sumaryczny luz wystpujcy w rnych poczeniach konstrukcji kratownicymoe prowadzido znaczcego zwikszenia przemieszcze, ktrych konsekwencjemog by rne od mniej do bardziej powanych. W odniesieniu do tychkonsekwencji, naley zwrciuwagna to, e:

W wikszoci przypadkw najgorsze skonsekwencje wizualne.

Wiksze ugicie moe przyczyniasido zmniejszenia wysokoci efektywnejpod pasem dolnym, co moe uniemoliwialub utrudniatakie wykorzystanieobiektu, jakie byo dla niego przewidziane. Przykadowo dodatkowe ugiciekratownicy podtrzymujcej drzwi podwieszone w cianie szczytowej hangarulotniczego moe uniemoliwiawjazd i wyjazd samolotu przez te drzwi.

Zwikszone ugicie moe prowadzido zmniejszenia nachylenia podpieranegodachu, a nawet, jeeli nachylenie nominalne byo niewielkie, do odwrcenianachylenia, z czym zwizane jest niebezpieczestwo gromadzenia siwody.

Jeeli konstrukcja kratownicy nie jest ukadem statystyczniewyznaczalnym, mogpojawiasinieprzewidziane siy wewntrzne.

Dlatego te w przypadku konstrukcji kratownicowych istotna jest kontrolawpywu luzu w poczeniach na przemieszczenia. Aby uzyska takkontrol,czsto konieczne jest:

ograniczanie luzw w poczeniach kategorii A: wiercenie z naddatkiem+1 mm albo nawet +0,5 mm i uywanie cinanych rub na gadkichtrzonach (w celu ograniczenia luzu powodowanego przez odksztacenie),lub

uywanie rub pasowanych, lub

uywanie rub spronych (poczenia kategorii C), lub

stosowanie poczespawanych zamiast poczerubowych.

Gdy obcienie elementw nie powoduje odwrcenia siy osiowej, moliwe jestobliczenie wartoci wpywu luzu we wszystkich poczeniach. Ponisze obliczeniailustrujto zjawisko w odniesieniu do rozpatrywanego przykadu praktycznego.

Kady z pasw grny i dolny jest poczony w sposb cigy z blachaminakadkowymi za pomoc rub w okolicy poowy rozpitoci. Dodatkowokrzyulce spoczone rubowo na blachach wzowych spawanych do pasw.Otwory so 2 mm wiksze od rednicy rub.

Rysunek 3.6 Przykad praktyczny umiejscowienie poczepasawykorzystujcych blachy nakadkowe


34/139


5 - 26

Wpyw luzu na ugicie w poczeniach stykowych pasa moe byobliczonyprzy zaoeniu, e ruby zostay wstpnie wyrodkowane w otworach. Jeelirednica otworw wynosi d + 2 mm (gdzie d jest rednic ruby), pas

poddawany rozciganiu wydua sio 4 mm, jak pokazano na rysunku 3.7.

1 mm 1 mmd 1 mm 1 mmd

g

g+ 4 mm

Rysunek 3.7 Wpyw luzu pod obcieniem

Aby krzyulec mg zosta obciony, na kadym kocu naley przywrci2 mm luzu: dugo krzyulca rozciganego zwiksza si o 4 mm; dugokrzyulca ciskanego zmniejsza sio 4 mm.

Ugicie kratownicy powodowane luzem moe zostawyliczone przy uwzgldnieniuwpywu obcienia jednostkowego przyoonego w poowie rozpitoci za

pomocrwnania Bertranda Fontviolanta.

-0,5 0,66 -0,68 0,66 -0,68 0,71 -0,75 0,17 -0,75 0,72 -0,68 0,66 -0,68 0,66 -0,5

2,85

Rysunek 3.8 Przykad praktyczny siy osiowe (N1,i) wywoywaneobcieniem jednostkowym

Ugicie dane jest wzorem:

=

=

=bi

i i

iiiES

lFNv

1

1,

Gdzie:

N1,i jest siosiowgenerowanw elemencie iprzez sijednostkowoddziaujca w punkcie, w ktrym wymagane jest ugicie;

il jest dugocielementu i;

iS jest polem powierzchni przekroju elementu i;

b jest liczbelementw z poczeniami rubowymi;

i

ii

ES

lFjest zmiana dugoci elementu ispowodowanzachowaniem luzu

= 4 mm w zalenoci od tego, czy pas jest ciskany czy rozcigany.


35/139


5 - 27

Wwczas:

v= 4 (2,31 + 2,85 + 0,5 + 0,66 + 0,68 + 0,66 + 0,68 + 0,71 + 0,75 +

+ 0,17 + 0,75 + 0,72 + 0,68 + 0,66 + 0,68 + 0,66 + 0,5)

v= 58,4 mm

Jest to znaczne ugicie dodatkowe w porwnaniu z ugiciem wynikajcymz dziaania kombinacji ULS (127 mm).

3.7 Modyfikacja kratownicy w celu przeprowadzeniaurzdzeCzsto okazuje si, e w celu zapewnienie wystarczajcego przekroju drg

przejcia urzdze (np. przez kana o duym przekroju) konieczna jestmodyfikacja kratownicy.

Mona skorzystaz kilku rozwiza(Rysunek 3.9):

mona zwikszy powierzchni przejcia przez wprowadzenieniewsprodkowoci poczenia jednego z pasw dwigara (przypadek 1)

lub zama" prosty ksztat krzyulca, triangulujc punkt przeamania(przypadek 2).

Case 1 Case 2

Rysunek 3.9 Przejcie kanau miejscowa modyfikacja kratownicy

W przypadku 1 momenty drugorzdne wynikajce z wprowadzenianiewsprodkowoci zwikszaj siwraz z wielkoci niewsprodkowoci.Jeeli jest wybr, preferowanym rozwizaniem jest wprowadzenieniewsprodkowoci w tych pasach, w ktrych wystpuj najmniejszenaprenia.

W przypadku 2 naley zwrciuwagna kilka zjawisk:

Sia osiowa moe znaczco wzrosnw niektrych pasach znajdujcychsiw bezporednim ssiedztwie zmodyfikowanego panelu (wzrost ten jest

powodowany zmianpozycji elementw konstrukcyjnych). Momenty drugorzdne pojawiajsina skutek utraty sztywnoci

zamanych krzyulcw (w porwnaniu ze sztywnocikrzyulcwprostych), nawet gdy punkt przeamania jest triangulowany.

Punkt przeamania musi byoczywicie triangulowany w paszczyniekratownicy, a jeeli zamany krzyulec jest ciskany, musi byrwnieutwierdzony z paszczyzny (w miejscu, w ktrym spotykajsitrzy elementy).

Oba te zjawiska (przypadek 1 oraz przypadek 2) zilustrowano w przykadziepraktycznym.


36/139


5 - 28

3.7.1 Wprowadzenie osi niewsprodkowej w krzyulcu (przypadek 1)

Panel kratownicy, przez ktry naley przeprowadzi urzdzenia, jest drugimpanelem od podpory po prawej stronie. Na rysunku 3.10 pokazano czkratownicy, w ktrej wprowadzono niewsprodkowokrzyulca.

300 mm

Rysunek 3.10 Przejcie kanau niewsprodkowokrzyulca

Zmiany siosiowych zmodyfikowanego obszaru przedstawiono na rysunku 3.11.

Sia osiowa (kN) Moment zginajcy (kNm)Konstrukcja pocztkowa

Konstrukcja zmodyfikowana

Rysunek 3.11 Wpyw niewsprodkowoci krzyulca pod obcieniem

grawitacyjnym w stanie granicznym nonoci

Niewsprodkoworzdu 300 mm wprowadza niedoskonaoci do triangulacji.

Gwn konsekwencj takiego ukadu jest znaczcy wzrost wartoci momentwzginajcych w pasie dolnym, z ktrym poczony jest niewsprodkowykrzyulec. Moment wyliczony dla drugiego, liczc od podparcia po prawejstronie, elementu pasa wynosi 74,15 kNm, natomiast na elemencie pierwszy

uzyskano warto 62,72 kNm, co jest wartoci znacznie wysz ni dlakonstrukcji pocztkowej bez niewsprodkowoci.


37/139


5 - 29

Nonoprzy zginaniu sprystym poziomego ksztatownika IPE 330 wynosi:

69,2 0,355 = 24,57 kNm

Dopuszczalna nono przy zginaniu zostaa wic znacznie przekroczona,pomijajc wszelkie inne interakcje. Dlatego te w celu podparciawprowadzonej niewsprodkowoci osi wymagane bdzie wzmocnienie

elementu pasa dolnego.

3.7.2 Krzyulec zamany" (przykad 2)

Panel kratownicy, przez ktry naley przeprowadziurzdzenia, jest taki samjak w punkcie 3.7.1. Rysunek 3.12 przedstawia schemat zamania" krzyulca.

Rysunek 3.12 Przejcie kanau krzyulec zamany

Rozwj naprew zmodyfikowanym obszarze przedstawiono na schematachsekcji na rysunku 3.13.

Sia osiowa (kN) Moment zginajcy (kNm)

Konstrukcja pocztkowa

Sia osiowa (kN) Moment zginajcy (kNm)

Konstrukcja zmodyfikowana

Rysunek 3.13 Wpyw krzyulca zamanego bdcego pod obcieniemgrawitacyjnym w stanie granicznym nonoci


38/139


5 - 30

Wpyw modyfikacji na obliczone naprenia objawia si gwniew nastpujcy sposb:

mona zaobserwowazauwaalny wzrost siy osiowej w drugim odpodpory po prawej stronie pasie dolnym (w panelu ze zamanymkrzyulcem): obliczona sia rozcigania wzrasta z 818 do 1350 kN,

mona rwniezaobserwowaznaczcy wzrost siy ciskajcej wzamanym krzyulcu w porwnaniu do krzyulca prostoliniowegokonstrukcji pocztkowej: sia ciskajca wzrasta z 624 do 1090 kN,

w przypadku dodatkowego elementu triangulowanego utrzymywana jestnormalna wartoci siy ciskajcej rwna 755 kN,

w pasie dolnym obok wzrostu normalnej siy rozcigajcej monazaobserwowarwniewzrost drugorzdnych" momentw w trzech

prawych panelach.

Dlatego temodyfikacja konstrukcji (krzyulec zamany) ma znaczcy wpywna rozmiar elementw konstrukcyjnych.


39/139


5 - 31

4 WERYFIKACJA ELEMENTWKONSTRUKCYJNYCH

Jak mona zauwayw poprzednim rozdziale dotyczcym analizy globalnej,

elementy konstrukcyjne poddawane sgwnie oddziaywaniu siosiowych.

Dao si take zauway, e w wielu przypadkach elementy konstrukcyjne srwnie poddawane napreniom pochodzcym od momentw zginajcych,tj. od momentw drugorzdnych.

4.1 Weryfikacja ciskanych elementwkonstrukcyjnych

Nonociskanego elementu konstrukcyjnego obliczana jest przy uwzgldnieniurnych wariantw niestatecznoci:

miejscowe wyboczenie ksztatownika kontrolowane jest przez jego klasyfikacjoraz, w razie koniecznoci, waciwoci przekroju efektywnego (klasa 4);

wyboczenie elementu konstrukcyjnego kontrolowane jest przez uyciew obliczeniach nonoci wspczynnika redukcyjnego.

W przypadku elementu poddanego ciskaniu naley rozway klika modeliwyboczenia. W odniesieniu do wikszoci elementw kratownicy wystarczyobliczy jedynie wyboczenie gitne elementw ciskanych w paszczyniei z paszczyzny konstrukcji kratownicy.

W kadym modelu wyboczenia nonoprzy wyboczeniu otrzymywana jest na

podstawie normy EN 1993-1-1[3]

przez zredukowanie nonoci przekrojupoprzecznego. Stosowany wspczynnik redukcyjny uzyskiwany jest na podstawiesmukoci elementu konstrukcyjnego, ktra zaley od siy krytycznej przywyboczeniu sprystym.

W przypadku krzyulcw i elementw pionowych poddanych rwnomiernemuciskaniu sia krytyczna przy wyboczeniu sprystym jest okrelana na podstawiedugoci wyboczeniowej elementu zgodnie z norm EN 1993-1-1, 6.3.1.3.Zgodnie z Zacznikiem BB BB.1 do normy EN 1993-1-1 naley uwzgldninastpujce warunki:

W przypadku wyboczenia w paszczynie belki kratownicy: jako dugowyboczeniow przyjmuje si 90% dugoci ukadu (odlego pomidzywzami), jeeli element kratownicy poczony jest na kadym kocu conajmniej dwoma rubami lub przyspawany (EN 1993-1-1 BB.1.1(4)).

(Wyjtek wyszczeglniony w Zaczniku BB dotyczy elementw kratownicywykonanych z ktownikw, do ktrych odnoszsiinne kryteria oceny.

Nie sone okrelone w tym zaczniku, jeeli dana regua dotyczy rwnieelementw skadajcych siz dwch par ktownikw: dla uproszczenia zalecasizachowanie dugoci wyboczeniowej o wartoci 0,9 raza dugoci osi).

W przypadku wyboczenia z paszczyzny belki kratownicy przyjmuje sidugowyboczeniowrwndugoci ukadu.


40/139


5 - 32

Przy wyboczeniu elementw pasa kratownicy poddanych rwnomiernemu

ciskaniu w paszczynie kratownicy za dugowyboczeniowmona przyj90% dugoci jej ukadu (odlegopomidzy wzami).

Okrelenie siy krytycznej przy wyboczeniu sprystym z paszczyzny kratownicymoe bytrudniejsze z nastpujcych powodw:

nie ma koniecznoci, aby w kadym wle kratownicy stosowane byopodparcie boczne;

punkty podparcia bocznego niekoniecznie sfaktycznie sztywne.

Jeeli podparcie boczne nie zostao zastosowane we wszystkich wzach wzdupasa, odcinek znajdujcy si pomidzy punktami podparcia jest poddawanyrnej sile ciskania w poszczeglnych przsach. W takiej sytuacji:

podejcie zachowawcze polega na uyciu maksymalnej wartoci normalnejsiy ciskajcej oraz przyjciu za dugowyboczeniowodlegoci pomidzy

podporami, chomoe to prowadzido niedoszacowania wartoci nonoci pasa;

mona zastosowametody zaawansowane polegajce na ocenie rwnowanejdugoci wyboczeniowej w warunkach oddziaywania staej siy ciskajcej.

W przykadzie praktycznym, gdzie kratownica podpiera dach z zastosowaniempatwi na poziomie grnego pasa kratownicy:

wszystkie patwie poczone ze steniem dachowym mona rozpatrywajako sztywne punkty podparcia bocznego;

patwie porednie mog by rwnie rozpatrywane jako sztywne punktypodparcia, pod warunkiem e dach ma przypisan rol membrany (klasakonstrukcji 2 zgodnie z normEN 1993-1-3);

w przypadku pasa dolnego te boczne punkty podparcia s zapewnioneprzez dodatkowe elementy stenia pionowego pomidzy kratownicami(patrz stenia pod patwiami kratownicowymi na rysunku 2.2).

Rozwaajc kwesti okrelania nonoci przy ciskaniu, naley rwniezauway, e powszechnie stosowanym rozwizaniem s pary elementwkonstrukcyjnych. Bardzo czsto elementy konstrukcyjne kratownicy skadajsiz dwch ktownikw lub dwch ceownikw (UPE).

Aby zapewni, e takie elementy zoone bdzachowywa siodpowiedniow przypadku modelu wyboczenia gitnego, oba komponenty s czone za

pomocniewielkich przewizek (Rysunek 4.1). Poniewaroltych elementwjest zapobieganie wzajemnemu przesuniciu jednego komponentu wzgldemdrugiego, muszbyone poczone bez luzw. Szczelina pomidzy ktownikamioraz gruboprzewizek powinna bytaka sama jak gruboblachy wzowej,z ktrpoczony jest dany element zoony.


41/139


5 - 33

11

2

A

A

A-A

1 Przewizka2 Blacha wzowa

Rysunek 4.1 Elementy konstrukcyjne zoone z dwch ktownikw

Maksymalny odstp pomidzy poczeniami elementw konstrukcyjnych jestograniczony przez norm EN 1993-1-1 do 15 wielokrotnoci minimalnego

promienia bezwadnoci pojedynczego komponentu. W przeciwnym razie naleyprzeprowadzi bardziej zoon analiz uwzgldniajc sztywno cinania

elementu zoonego. To rozwizanie jest bardzo ograniczajce. Na przykadw celu poczenia dwch ktownikw 50 50 5 z zachowaniem ograniczeniadotyczcego odstpw konieczne byoby zastosowanie przewizki co 15 cm.

Aby zilustrowaopisane wyej zasady, w kolejnych punktach przedstawionoobliczenia odnoszce si do rnych typw elementw ciskanychwykorzystanych w konstrukcji kratownicy z przykadu praktycznego. Wynikizaczerpnito z podstawowego przykadu praktycznego:

pasy IPE 330 ze rodnikiem poziomym;

zakada si, e elementy usztywniajce s poczone przegubowo na obukocach;

zakada si, e pasy kratownicy scige.

4.1.1 Pas grny poddawany ciskaniu

Przedstawione poniej weryfikacje odnosz si do elementu pasa grnegoznajdujcego si w poowie rozpitoci (element B107 na rysunku 3.1),w ktrym normalna sia ciskajca obliczona pod obcieniem grawitacyjnymw stanie granicznym nonoci (ULS) jest najwiksza i wynosi:

NEd= 1477 kN

Kontrole uwzgldniajrwnoczesne momenty zginajce.

Naley zauway, e weryfikacjmusi zostaobjty rwniepierwszy elementod poowy rozpitoci, ktry nie jest utwierdzony przez kratownicdrugorzdn:mniejsza ciskajca sia osiowa, ale zwikszona dugo wyboczeniowaw paszczynie kratownicy. Poniewaobliczenia sidentyczne, nie sone oddzielnie

przedstawione poniej. Jeeli weryfikacja wykae niedostateczn nono,w ramach wzmocnienia naley oczywicie wyduykratownicdrugorzdn.


42/139


5 - 34

Wartoci siy cinajcej oraz momentw zginajcych przedstawiono na rysunku 4.2.

2,86 kNm

-1,05 kNm

2,151

Moment zginajcy MEd

-1,82 kN

Sia cinajca VEd

Rysunek 4.2 Moment zginajcy i sia cinajca w pasie grnym

Waciwoci przekroju poprzecznego

W przypadku ksztatownika IPE 330 z poziomym rodnikiem (gatunek stali S355)

A = 62,6 cm2

Iy = 11770 cm4

Iz = 788 cm4

Wel,z = 98,5 cm3

Klasa przekroju poprzecznego

Parametr materiaowy ma warto:

= 0,81

Dla uproszczenia przekrj poprzeczny mona rozpatrywa jako ciskanyrwnomiernie, nawet jeeli jest poddawany cznemu oddziaywaniu siyosiowej i momentu zginajcego.

Pasy ciskane sklasyfikowane jako pasy wystajce (EN 1993-1-1 tabela 5.2,arkusz 2):

29,791,55,11

25,58===

t

c

rodnik naley do klasy 4.


43/139


5 - 35

Efektywne waciwoci przekroju poprzecznego

Efektywne pole powierzchniAeffjest obliczane pod wzgldem czystego ciskania.

Pasy naledo klasy 1, tak wic sw peni efektywne.

Szerokoefektywna rodnika wyznaczana jest zgodnie z normEN 1993-1-5

(tabela 4.1):

41 == k

673,0782,0481,04,28

5,7

271

4,28 p >=

==

k

t

b

mm5,1245,0

mm249271919,0919,0)3(055,0

673,0782,0481,04,28

5,7

271

4,2841

eff2e1e

eff2p

p

p

===

===+=

>=

====

bbb

b

k

t

b

k

beff= 0,919 271 = 249 mm

be1= be2= 0,5 beff= 124,5 mm

Efektywne pole powierzchni przekroju wynosi:

Aeff= 6260 - (271 - 249) 7,5 = 6095 mm2

Efektywny sprysty wskanik wytrzymaoci przekroju wzgldem osi sabej(Weff,z) jest obliczany pod wzgldem czystego zginania.

Przy zwykym zginaniu w paszczynie kratownicy wzgldem osi sabej pasymusz nalee do klasy 1, a rodnik nie podlega napreniom. Wwczas

przekrj jest w peni efektywny:

Weff,z= Wel,z= 98,5 cm3

Nonoprzekroju poprzecznego

Element ciskany (EN 1993-1-1 6.2.4):

0,1

355,06095

M0

yeffRdc,

==

fAN = 2164 kN

1683,02164

1477

Rdc,

Ed


44/139


45/139


5 - 37

Nono przy wyboczeniu z paszczyzny kratownicy, tj. wzgldem osi

mocnej przekroju poprzecznego(EN 1993-1-1 6.3.1)

Podpory boczne pasa grnego skadaj si z patwi kratownicowychrozmieszczonych w odstpach co 8 504 mm.

Normalna sia ciskajca pomidzy podporami bocznymi jest prawie staa(patrz punkt 3.2).

Nie ma zatem potrzeby stosowania metody uwzgldniajcej nierwnomiernyrozkad si.

Sia krytyczna przy wyboczeniu sprystym wynosi:

kN33734,850

11770210002

2

2y

y2

ycr, =

==l

EIN

Smukojest wyraona wzorem:

8009,03373

355,06095

ycr,

yeffy ===

NfA

Krzywwyboczeniowjest krzywa a (EN 1993-1-1 tabela 6.2), a wspczynnikimperfekcji wynosi:

= 0,21

8838,0))2,0(1(5,02

yy =++= y

7952,08009,08838,08838,0

11

222y

2yy

y =+

=+

=

Zatem nonoprzy ciskaniu wynosi:

kN17200,1

355,060957952,0

M1

yeffyRdy,b, =

==

fAN

NEd/Nb,y,Rd= 1477/1720 = 0,859 OK

Wzajemne oddziaywanie M-N (EN 1993-1-1 6.3.3):

W przypadku elementu poddawanego zginaniu wzgldem osi sabej (zginaniewzgldem osi mocnej nie wystpuje) nie ma potrzeby rozpatrywania nonoci

przy zwichrzeniu. Przyjto nastpujce kryteria:

1// M1yzeff,

Edz,yz

M1yeffy

Ed + fW

Mk

fA

N(Rwnanie 6.61 w normie EN 1993-1-1)

1// M1yzeff,

Edz,zz

M1yeffz

Ed + fW

Mk

fA

N(Rwnanie 6.62 w normie EN 1993-1-1)


46/139


5 - 38

Korzystajc z obliczonych ju nonoci, kryteria te mona rwnie zapisaw sposb nastpujcy:

1Rdz,

Edz,yz

Rdy,b,

Ed +M

Mk

N

N

1Rdz,

Edz,zz

Rdz,b,

Ed +M

Mk

N

N

Wspczynniki interakcji kyzoraz kzzsobliczane zgodnie z Zacznikiem A donormy EN 1993-1-1 w przypadku przekrojw klasy 4:

zcr,

Ed

y

mzyz

1N

NCk

=

gdzie:

zcr,

Edmz )33,0(36,021,079,0

N

NC ++=

367,086,2

05,1=

=

Cmz= 0,628

8624,0

3373

14777952,01

3373

14771

1

1

ycr,

Ed

ycr,

Ed

y =

=

=

N

N

N

N

y

819,0

4357

14771

8624,0628,0yz =

=k

Pierwsze kryterium wzajemnego oddziaywania (rwnanie 6.61)

1926,097,34

86,2819,0

1720

1477=+ OK

zcr,

Ed

zmzzz

1NN

Ck

=

gdzie:

Cmz = 0,628

899,0

4357

1477781,01

4357

14771

1

1

zcr,

Ed

zcr,

Ed

=

=

=

N

N

N

N

z

z


47/139


5 - 39

Zatem wspczynnik kzzmona obliczyw nastpujcy sposb:

854,0

4357

14771

899,0628,0 =

=zzk

Drugie kryterium wzajemnego oddziaywania (rwnanie 6.62)

1944,097,34

86,2854,0

1690

1477=+ OK

Uwaga dotyczca kratownic drugorzdnych

Zastosowanie kratownic drugorzdnych w rodkowej czci kratownicy (patrzrysunek 2.3) pozwala na zmniejszenie o poowdugoci wyboczeniowej pasagrnego w paszczynie kratownicy.

Rozmiar kratownicy drugorzdnej jest dobierany tak, aby przenosia onaobcienie utwierdzenia zapobiegajcego wyboczeniu, ktrego wartozaley

od siy ciskajcej w podpieranym pasie oraz od jego wspczynnika smukoci(patrz informacje na temat projektowania stalowych supw kratowychw zaczniku H4 do normy EN 1993-3-1).

4.1.2 Pas dolny poddawany ciskaniu

Biorc pod uwag peen projekt konstrukcji, istotn rzecz jest oczywiciesprawdzenie pasa dolnego poddawanego mniejszej sile ciskajcej, ale niepodpartego kratownicdrugorzdn.

Weryfikacja pasa dolnego poddawanego ciskaniu jest podobna do opisanejw punkcie 4.1.1 weryfikacji pasa grnego poddawanego ciskaniu.

Utwierdzenie boczne pasa dolnego jest zapewnione w miejscu kadej patwi(Rysunek 2.2).

Jedynym szczeglnym punktem, ktrego opracowanie byoby interesujce, jestanaliza wyboczenia z paszczyzny kratownicy.

Wyboczenie pasa dolnego naley rozpatrywa podobnie do wyboczenia pasagrnego, przyjmujc dugorwnodlegoci pomidzy panelami kratownicy,ze wzgldu na obecnostepodpanelowych (patrz rysunek 2.3).

Rnica polega na tym, e sia osiowa wystpujca w pasie dolnym jestzrnicowana w dwch kolejnych panelach na dugoci wyboczeniowej,

podczas gdy sia ta bya staa na dugoci wyboczeniowej pasa grnego.


48/139


5 - 40

Naley rwnie zauway, e w przypadku elementu pasa o najwikszymmomencie zginajcym zmienno siy osiowej jest niewielka. W projekcierzeczywistym niewielkie zmniejszenie dugoci wyboczeniowej ze wzgldu nazmiennonormalnej siy osiowej moe zostabezpiecznie pominite.

545 kN 470 kN

Sia osiowa NEd

Rysunek 4.3 Sia osiowa wystpujca w pasie dolnym

4.1.3 Krzyulec poddawany ciskaniu

Krzyulec, ktrego nono zostaa obliczona poniej dla przykadu, jestdrugim krzyulcem od prawej podpory (element B40 na rysunku 3.1) podobcieniem grawitacyjnym w stanie granicznym nonoci (ULS).

Wartosiy ciskajcej wynosi:

NEd= 624,4 kN

Zgodnie z powszechn praktyk moment zginajcy wywoany ciaremwasnym elementu konstrukcyjnego jest pocztkowo pomijany.

Wpyw tego momentu zostanie oceniony na etapie pniejszym.

Waciwoci przekroju poprzecznego pojedynczego ktownika

W przypadku ktownika 150 150 15 L

A = 43 cm2

zG = yG= 4,25 cm

Iy = Iz= 898,1 cm4

Iv = 369 cm4

W przypadku pary ktownikw

Pole powierzchni przekroju:

A= 2 43 = 86 cm2

Geometryczny moment bezwadnoci przekroju z paszczyzny kratownicy

(zakada si, e przekrj jest jednorodny) przy zaoeniu, e szczelinapomidzy ktownikami wynosi 10 mm:

Iy= 2 898,1 + 2 43 (4,25+1,0/2)2= 3737 cm

4.

Geometryczny moment bezwadnoci przekroju w paszczynie kratownicy:

Iz= 2 898,1 = 1796 cm4


49/139


5 - 41

Klasa przekroju poddawanego rwnomiernemu ciskaniu

Parametry materiaowy dlafy= 355 N/mm2: = 0,81

W przypadku ktownika (EN 1993-1-1 tabela 5.2, arkusz 3):

31,95,1110152

1502

2

15,12151015

150

=>=

=

+

=


50/139


5 - 42

Nonoprzy wyboczeniu z paszczyzny kratownicy

Dugowyboczeniowa jest rwna dugoci ukadu:Lcr,y= 5,464 m.

Krytyczna sia osiowa wynosi:

kN25945,546

3737210002

2

2y

y2

ycr, =

== l

EIN

Smukojest wyraona wzorem:

085,12594

355,08600

,

=== x

N

Af

ycr

yy

Krzywa wyboczeniowa, ktr naley zastosowa to krzywa b (patrz normaEN 1993-1-1, tabela 6.2), a wspczynnik imperfekcji wynosi:

34,0=

239,1))2,0(1(5,02

zyy =++=

544,0085,1239,1239,1

11

2222=

+=

+=

yyy

y

Obliczeniowa nonoprzy wyboczeniu wynosi:

kN16610,1

355,08600544,0

1

,, =

==M

yy

Rdyb

AfN

Warto nonoci przy wyboczeniu w paszczynie kratownicy jest mniejsza

i weryfikacja sprowadza sido warunku:

0,1541,01154

4,624

Rdb,

Ed


51/139


5 - 43

Biorc pod uwag zapas nonoci, zalecane jest, by odstpy midzy prtamiczcymi byy wiksze (koszt produkcji i montau nie jest bez znaczenia).Zamiast stosowania 12 przewizek czcych na jeden krzyulec jak wynikaz powyszego warunku mona rozway zastosowanie jedynie 3 prtwumieszczonych w odlegoci 1366 mm od siebie.

L 150x150x15

Blacha 150 x 150 x 10 oraz 2 ruby sprane z kontroldokrcenia

Rysunek 4.4 Przewizka czca

Aby przewizki byy efektywne, musz by rozmieszczone w sposbprzedstawiony na rysunku. Skutkuje to dugociwyboczeniowwzgldem osigwnej rwn0,7 1366 = 956 mm.

W przypadku tego rodzaju wyboczenia sia krytyczna przy wyboczeniusprystym wynosi:

kN836810956

10369210000 32

42

2v

v2

vcr, =

==

l

EIN

Smukopojedynczego ktownika wynosi:

427,08368000

3554300

,

=

==vcr

yv

N

Af

Krzywa wyboczeniowa, ktrnaley zastosowato krzywa b, a wspczynnik

imperfekcji wynosi: = 0,34

630,0))2,0(34,01(5,02 =++= vvv

915,0427,0630,0630,0

11

222v

2vv

v =+

=+

=

Nonoprzy ciskaniu mona zachowawczo oszacowa, obliczajc odpowiedniwspczynnik redukcyjny caego elementu konstrukcyjnego oraz pojedynczegoktownika pomidzy przewizkami:

= Min(y;z) v= 0,378 0,915 = 0,346

Obliczeniowa nonokrzyulca przy wyboczeniu wynosi:

kN1056100,1

3558600346,0 3

M1

yRdb, =

==

AfN

0,1591,01056

4,624

Rdb,

Ed


52/139


5 - 44

Weryfikacja lokalna przekroju po prawej stronie poczenia z blachwzow

Weryfikacjprzeprowadzono w Zaczniku B.

Wpyw momentu zginajcego wynikajcego z ciaru wasnego krzyulca

Moment zginajcy wynosi:

My,Ed= 2,20 kNm (patrz punkt 3.2 powyej).

Sprysty wskanik wytrzymaoci przekroju poprzecznego przy zginaniuw paszczynie kratownicy wynosi: Wel,z= 167 cm

3.

Kryteria interakcji podano w 6.3.3 normy EN 1993-1-1:

1// M1yzel,

Edz,yz

M1yy

Ed + fW

Mk

Af

N

1

// 1,

,

1

+Myzel

Edz

zz

Myz

Ed

fW

Mk

fA

N

gdzie:

Wspczynnik kyzwynosi:

zcr,

Ed

ymzyz

1N

NCk

=

863,0

2594

4,624544,0915,01

2594

4,6241

1

1

ycr,

Ed

yv

ycr,

Ed

y =

=

=

N

N

N

N

012,11539

4,62403,0103,01

zcr,

Edmz =+=+=

N

NC

47,1

1539

4,6241

863,0012,1yz =

=k

Wspczynnik kzzwynosi:

zcr,

Ed

zmz

1 N

NCkzz

=

691,0

1539

4,624378,0915,01

1539

4,6241

1

1

zcr,

Edzv

zcr,

Ed

z =

=

=

N

N

N

N

18,1

1539

4,6241

691,0012,1zz =

=k


53/139


5 - 45

Skd:

1465,00,1/355167000

1020,247,1

0,1/3558600544,0915,0

624400 6=

+

1635,00,1/355167000

1020,218,1

0,1/3558600378,0915,0

624400 6=

+

Jeli uwzgldniany jest moment zginajcy wynikajcy z ciaru wasnegokrzyulca, kryterium nonoci naley zwikszyz 0,591 do 0,635: oznacza towzrost o 7%.

4.2 Weryfikacja elementw poddawanych rozciganiuCechcharakterystycznpodczas sprawdzania nonoci elementw rozciganych

jest wystpowanie kryteriw, ktre wymagaj uwzgldnienia przekroju nettoelementu konstrukcyjnego. Waciwotomwiono w przykadzie praktycznym.

4.2.1 Dolny pas poddany rozciganiu (paskownik IPE 330)Dolny pas poddany rozciganiu jest weryfikowany pod wzgldem siobliczonych w okolicy poowy rozpitoci. Uwzgldniajc wyniki podane

powyej w punkcie 3.2:

NEd= 1582 kN

MEd= 1,69 kNm

Nonoprzekroju przy rozciganiu wyznacza siw oparciu o dwa stany jeden w przekroju brutto, a drugi w przekroju netto:

Przekrj brutto

A= 6260 mm2

kN22220,1

355,06260

M0

yRdpl, ===

xAfN

Przekrj netto

2net mm4661)5,7223()5,11244(6260 ==A

kN1711

25,1

51,046619,09,0

M0

unetRdu, =

==

fAN

Nonoprzy rozciganiu wyraa sizalenoci:

kN1711),min( Rdu,Rdpl,Rdt, == NNN


54/139


5 - 46

Przy prostym zginaniu w paszczynie kratownicy (EN 1993-1-1 paragraf 6.2.5)klasa 1 przekroju pozwala na wykorzystanie plastycznego wskanika wytrzymaoci:

32

pl cm2,1474

1615,12=

=W

kNm3,520,1

355,02,147M0

yplRdpl, ===

fWM

Weryfikacja:

03,03,52

69,1

93,01711

1582

Rd

Ed

Rdt,

Ed

==

==

M

M

N

N

Interakcja N-M: 0,93 + 0,03 = 0,96 < 1

4.2.2 Krzyulec poddawany rozciganiu (podwjne ktowniki L120 120 12)

Sprawdzany jest krzyulec na lewej podporze pod obcieniem grawitacyjnym.Uwzgldniajc wyniki podane powyej w punkcie 3.2:

NEd= 616,3 kN

MEd= 1,36 kNm

Nonoprzy rozciganiu

Nonoprzekroju przy rozciganiu wyznacza siw oparciu o dwa stany

jeden w przekroju brutto, a drugi w przekroju netto:

Przekrj brutto

kN19560,1

355,05510

M0

yRdpl, ===

xAfN

Przekrj netto(patrz ustalenia opisane w Zaczniku 2)

2net mm4886)12262(5510 ==A

W przypadku ktownikw poczonych pojedynczym ramieniem normaEN 1993-1-8 zawiera dodatkowe wymaganie dotyczce wpywu mimorodowocisiy rozcigajcej w ktowniku (odlegopomidzy osineutralna oznaczeniemrozstawu) na siy (wystpienie momentw drugorzdnych).


55/139


5 - 47

Ta metoda zakada zastosowanie wspczynnika redukcyjnego nonociw stosunku do ktownika (EN 1993-1-8 paragraf 3.10.3(2))

M2

unet3Rdu,

fAN =

Wspczynnik redukcyjny 3zaley od odlegocip1pomidzy osiami.

Gdyp1= 2,5 i d0= 65 mm, 3 = 0,5 (EN 1993-1-8 tabela 3.8)

NB.: Wspczynniki redukcyjne podano tylko w odniesieniu do ktownikaprostego. W przypadku ktownika podwjnego stosuje simetodzachowawcz.W trakcie analizy zachowania dwch krzyulcw prostych w ramach

poczenia zaleca siuwzgldnienie wspomnianych zjawisk lokalnych.

kN99725,1

51,048865,05,0

M0

unetRdu, =

==

fAN

Wwczas:

kN997),min( Rdu,Rdpl,Rdt, == NNN

Nonoprzy zginaniu

Przy prostym zginaniu w paszczynie kratownicy (EN 1993-1-1 paragraf 6.2.5):

3el cm46,85=W

kNm3,300,1

355,046,85

M0

yelRdel, =

==

fWM

Weryfikacja:

05,03,30

36,1

162,0997

3,616

Rd

Ed

Rdt,

Ed

==


56/139


5 - 48

5 WERYFIKACJA POCZE

5.1 Charakterystyka poczenia kratownicyze supkiem

5.1.1 Oglne

Istotne jest, aby poczy kratownic ze supkiem zgodnie z zaoeniamiprzyjtymi podczas modelowania.

Naley w szczeglnoci uwzgldniwymagania dotyczce wyboru poczeniastaego lub przegubowego. Rnica pomidzy tymi dwoma rodzajamipoczenia jest taka, e poczenie przegubowe pozwala na ugicie niezaleneod obrotu kratownicy i supka. W zakresie obcienia rezultat jest taki, eprzegub nie przenosi adnych momentw zginajcych z kratownicy na supek inaczej niw poczeniu staym.

Obrt w podporze kratownicy przejawia si rnicowym przemieszczeniempoziomym pomidzy pierwotnym wzem pasa grnego a pierwotnym wzempasa dolnego.

Aby umoliwiobrt globalny, konieczne jest zatem umoliwienie poziomegoprzemieszczenia koca jednego z pasw wzgldem supka: zwykle dopuszczasi przemieszczenie tego z pasw, ktry nie jest poczony z krzyulcem napodporze.

A

Rysunek 5.1 Poduny otwr w dolnym pasie kratownicy

Przy takim ukadzie wartosiy osiowej w dolnym pasie w pierwszym paneluwynosi zero. Dolny pas pierwszej kratownicy mona by zatem pozostawi

krtki (co jest widoczne na wykresie w miejscu oznaczonym liter A),niemniej zaleca si jego przeduenie i poczenie go ze supkiem w celuzapewnienia statecznoci poprzecznej kratownicy na poziomie dolnego pasa.

Przyoenie tego typu oddziaywania przegubowego w przykadziepraktycznym podano poniej w punkcie 5.1.2.

Natomiast w celu wykonania poczenia sztywnego kratownicy ze supemnaley wykonapoczenie bez luzu od kadego z pasw kratownicy do supa.


57/139


5 - 49

5.1.2 Zbienoosi w poczeniu kratownica-sup

Kolejn kwesti, ktr naley wzi po uwag podczas wykonywaniapoczenia kratownicy na supku jest zbieno osi poczonych elementworaz jej wpyw na modelowanie. Dostpne rozwizania zilustrowano narysunku 5.2.

Zbienoosi supa/pasa/krzyulca:rozwizanie, ktrego naley unika

Zbienoosi pasa/krzyulca na wewntrznym licu supa:zalecane rozwizanie

1

1: Poczenia sztywne

Rysunek 5.2 Sztywne poczenie kratownica-sup

W pierwszym przykadzie rzeczywiste poczenie nie jest zgodne z modelem:istnieje ryzyko powstania znacznych momentw drugorzdnych w krzyulcui pasie dwigara. W drugim przykadzie zgodnojest duo wiksza. Momentmimorodowy jest wyranie podparty przez supek, ktry charakteryzuje siwiksz nonoci przy zginaniu ni pas lub krzyulec, szczeglnie, gdykratownica jest poczona przegubowo ze supkiem.

Naley zauway, e podobna sytuacja nie wystpuje w przykadzie praktycznym,gdzie rodnik supkw jest prostopady do paszczyzny kratownicy: zbienotrzech osi nie powoduje wystpienia momentw drugorzdnych.


58/139


5 - 50

5.1.3 Przykad praktyczny: ustalanie szczegw poczeniaprzegubowego

Rysunek 5.3 przedstawia przemieszczenia poziome dolnych i grnych wzwdwch odcinkw podpr w przypadkach wystpowania kombinacji obciewynikajcych z oddziaywa grawitacyjnych w stanie granicznym nonocioraz w przypadkach wystpowania kombinacji obciewynikajcych z dziaaniasipodnoszcych w stanie granicznym nonoci. Mona zaobserwowa, e gdykonstrukcja jest symetryczna lub symetrycznie obciona, kada z kombinacjiobciewytwarza takie same obroty globalne na obu odcinkach podpr.

35,6 mm 8,6 mm

44,2 mm

(44,2 8,6 = 35,6 mm) Obcienie grawitacyjne

12,2 mm 3,1 mm

15,2 mm

(15,3 3,1 = 12,2 mm)

Dziaanie siy unoszcej

Rysunek 5.3 Obroty na podporach kratownicy

Aby obroty globalne na podporach byy swobodne (zaoenie przyjtew przypadku kratownicy poczonej przegubowo ze supem), otwory podunewykonane w supie na poczeniu z dolnym pasem dwigara muszumoliwiruch na odlego35,6 mm w kierunku zewntrznym oraz 12,2 mm w kierunkuwewntrznym. Oczywicie ostrono nakazywaaby przyjcie pewnegomarginesu bezpieczestwa w odniesieniu do wymiarw otworw podunych(w przyblieniu 50 mm) oraz sprawdzenie po zakoczeniu budowy, czy podciarem wasnym swoboda ruchu pozostaa waciwa w obu kierunkach.


59/139


5 - 51

5.2 Cigopasa dwigaraBelki kratownicowe o duej rozpitoci sczsto dostarczane na miejsce budowyw kilku czciach. Konieczne jest zatem zapewnienie cigych poczepaswpomidzy tymi czciami. Preferowanmetodwykonywania takich poczena miejscu budowy jest na ogczenie rubowe, a nie spawanie.

Projekt tych pocze rubowych zaley od rodzaju przekroju pasa, ktry mazostapoczony. Mona jednak wyrnidwa typy takich pocze:

te, w ktrych ruby poddane sgwnie obcieniom rozcigajcym: z uyciemblach doczoowych;

te, w ktrych ruby s obciane prostopadle do ich trzonu: z uyciemblach nakadkowych.

Gdy pasy dwigara wykonane s z pojedynczego profilu/dwuteownika lubdwuteownika szerokostopowego, mona zastosowadowolne z tych pocze.

Gdy pasy dwigara wykonane s z dwch podwjnych ktownikw lubceownikw, stosuje sina ogpoczenia stykowe.

Gdy pasy dwigara wykonane sz przekrojw zamknitych, stosuje sina ogpoczenia doczoowe (zastosowanie ksztatownikw zamknitych wykraczapoza zakres niniejszego przewodnika).

Cigoprzy zastosowaniu poczedoczoowych

Cigoprzy zastosowaniu poczeza pomocblach nakadkowych

Rysunek 5.4 Cigopasw dwigara

Poczenie za pomocblachy nakadkowej pokazane na rysunku 5.4 obejmujepodwjne blachy nakadkowe na rodniku i pasach (co daje dwie powierzchnie

oddziaywania si cinajcych). Jeli warto siy w styku jest niewielka,mona zastosowa pojedyncze zewntrzne blachy nakadkowe, chocia narodniku stosuje si zwykle blachy podwjne w celu zachowania symetriiw przenoszeniu siy osiowej.


60/139


5 - 52

Nono pocze stykowych pasw kratownicy naley zweryfikowa przyobcieniu dominujcym z drugorzdnym momentem zginajcym w paszczyniekratownicy, zgodnie z normEN 1993-1-8, dostosowujc metodkomponentwopracowanz mylo poczeniach belka-sup. Weryfikacji tej mona dokonaprzy uyciu powszechnie dostpnego oprogramowania (szczegy na stronieinternetowej SteelBizFrance.com opracowanej przez orodek badawczy CTICM).

Weryfikacja tego typu poczenia przeprowadzona na potrzeby przykadupraktycznego zostaa przedstawiona w Zaczniku A.

Rwnie wane jak sprawdzenie nonoci jest zapewnienie sztywnoci poczecigych pasw dwigara. Jeeli nono poczenia belka-belka zapewniajblachy doczoowe, takie poczenie mona na oguznaza sztywne.

Poczenia z blachnakadkows faktycznie sztywne tylko wtedy, gdy istniejemoliwokontroli luzu (przykad oceny wpywu luzu w poczeniach rubowychkratownicy rozpatrywanej w przykadzie praktycznym przedstawionow punkcie 3.6). W przypadku poczez blachnakadkowzaleca sizatemwybr jednej z poniszych opcji:

zastosowanie rub spronych z opcjkontroli dokrcenia, co pozwoli naprzenoszenie obciedziki tarciu (bezpolizgowe);

zastosowanie rub pasowanych, najlepiej obcionych na trzonie w celuuniknicia polizgu pod wpywem obcienia dziki odksztaceniu gwintupoczonych elementw.

5.3 Poczenie krzyulcw z pasami dwigaraPoczenia krzyulcw i supkw z pasami mona wykona na wielesposobw, w zalenoci od rodzaju przekrojw, ktre majzostapoczone.

Gdy pasy wykonane s z elementw podwjnych (dwch ktownikw lubdwch ksztatownikw UPE), powszechnie stosowan praktyk jestumieszczenie blach wzowych pomidzy dwoma elementami skadowymipasa. Blachy wzowe s zatem przyspawane lub przykrcane do pasw zapomocrub. Krzyulce i supki spoczone z blachwzowzwykle przyuyciu poczerubowych.

Gdy pasy wykonane s z ksztatownikw IPE lub HEA/HEB, najczciejstosowan metod czenia jest uycie spawanej blachy wzowej na pasie.Blach wzow mocuje si do pasa, gdy ksztatownik umieszczany jestpionowo (rodnik pionowy), lub do rodnika, gdy ksztatownik umieszczany

jest pasko (rodnik poziomy).


61/139


5 - 53

(a) Blacha wzowa przykrcona rubamipomidzy pasami kratownicy wykonanymiz podwjnych ktownikw, elementykratownicy w postaci podwjnychktownikw poczone z blachwzowprzy uyciu rub

(b) Blacha wzowa przyspawana do pasawykonanego z ksztatownika HEA,elementy kratownicy w postaci podwjnychktownikw poczone z blachwzowprzy uyciu rub

(c) Blacha wzowa przyspawana dorodnika pasa kratownicy wykonanegoz umieszczonego pasko ksztatownika IPE

Rysunek 5.5 Poczenia kratownic na pasie

Gdy ksztatowniki pasa dwigara umieszczone spasko, rwnie powszechnejest stosowanie elementw kratownicy wykonanych z ksztatownikw IPE lubHEA o tej samej wysokoci co pasy dwigara oraz czenie ich przy uyciupodwjnych blach wzowych po jednej na kadym pasie ksztatownika.Innym moliwym do zastosowania rozwizaniem jest zaprojektowanie poczeniaspawanego bez uycia blachy wzowej, jak pokazano na rysunku 5.6.

1

2

1

2

1

3

4

5

1 Elementy kratownicy

2 Pas dwigara3 Spoina pachwinowa

4 Spoina pachwinowa 1/2V

5 Spoina pachwinowa K

Rysunek 5.6 Poczenie spawane pomidzy elementami kratownicy a pasem


62/139


5 - 54

Gdy pasy dwigara szoone z ksztatownikw zamknitych (poza zakresemniniejszego opracowania), stosuje si take poczenie przy uyciu blachywzowej przyspawanej do pasa dwigara. Poczenia krzyulcw i supkwz pasami wykonuje si rwnie przez spawanie bezporednie. Wwczasw przypadku pocze z pasami z ksztatownikw okrgych wymagana jestobrbka ksztatowa.

Weryfikacj nonoci rubowych lub spawanych pocze z blach wzowopisanych powyej zdefiniowano dokadnie w normie EN 1993-1-8. Nieopisano jednak weryfikacji nonoci blachy wzowej. Weryfikacja stosowanegow omawianym przykadzie praktycznym poczenia blachy wzowej zostaapodana w Zaczniku B.

Naley zwrciszczeglnuwagna waciwe sprawdzenie blach wzowych zwaszcza tych, ktrych znaczne czci snieusztywnione: wiele problemwdotyczcych kratownic wynika z miejscowego wyboczenia blachy wzowej.Na przykad w poczeniach pokazanych na rysunku 5.5(c), jeli wysokorodnika umieszczonego pasko pasa nie jest wystarczajca, aby ktowniki

skadajce si na elementy kratownicy mogy zosta poczone w pobliurodnika, naley dokadnie zbadanieusztywnionczblachy wzowej i jejstateczno.

Chocia kratownice z ksztatownikw zamknitych nie s przedmiotemniniejszego przewodnika, naley zauway, e w normie EN 1993-1-8 jedenrozdziadotyczy projektowania poczespawanych ksztatownikw zamknitych.

W poczeniach z pasami naley take kontrolowapolizg (jak w przypadkupasw cigych), tak aby mie kontrol nad przemieszczeniami elementwkonstrukcyjnych i zarazem nad rozkadem si w przypadku konstrukcjihiperstatycznej.


63/139


5 - 55

LITERATURA

1 Jednokondygnacyjne konstrukcje stalowe. Cz7: Inynieria poarowa.

2 EN 1993-1-8:2005 Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych. Cz1.8Projektowanie pocze.

3 EN 1993-1-1: 2005, Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych. Cz1.1Reguy oglne i reguy dla budynkw.


64/139


5 - 56


65/139


5 - 57

ZACZNIK APrzykad praktyczny Projektowanie cigegopoczenia pasa przy zastosowaniu pocze

z blachami nakadkowymi


66/139

5 - 58

Zacznik A Przykad praktyczny:Projektowanie cigego poczenia pasa przyzastosowaniu poczez blachami nakadkowymi

1 z 26

Wykona PM Data 02/2010Arkuszobliczeniowy Sprawdzi IR Data 02/2010

1. Poczenie stykowe przy uyciu nakadek

mocowanych na rubyNiniejszy arkusz obliczeniowy dotyczy poczenia za pomocblachynakadkowej zlokalizowanego na rysunku A.1. W poczeniu tymzastosowano podwjne blachy nakadkowe na rodniku oraz pojedynczzewntrznblachnakadkowna pasach (patrz rysunek A.2).

1

1 Omawiane poczenie za pomocblachy nakadkowej

Rysunek A.1 Umiejscowienie poczez blachami nakadkowymi

2

3

2

31

3

1 Owzduna2 Dolne pasy dwigara do montau (IPE 330)3 Poczenie za pomocblachy nakadkowej

Rysunek A.2 Zapewnienie cigoci pasw dwigara przy uyciu pocze

z blachami nakadkowymi


67/139

TytuZACZNIK A Przykad praktyczny: Projektowanie cigego poczenia

pasa przy zastosowaniu poczez blachami nakadkowymi2 z 26

5 - 59

Nonotego poczenia naley sprawdziw warunkach oddziaywaniaosiowej siy rozcigajcej z drugorzdnym momentem w paszczyniekratownicy.

Naley sprawdzicztery nakadki poczone przy pomocy rub (patrzrysunek A.3)

Bardzo wane jest take zapewnienie sztywnoci poczenia cigych paswd

Documents

SSB05 Projekt Wykonawczy Kratownic