konstrukcje metalowe 03 2015

INSTYTUT POLITECHNICZNY

KIERUNEK : BUDOWNICTWO

Konstrukcje metalowe

PROJEKT NR 1

Temat: Projekt konstrukcji dachowej magazynu.

Nazwisko Imię Marcin Stolp
Rok/Grupa 2015 r.
Rok akademicki 2014/2015 r.
Ocena

1. PODSTAWOWE WYMIARY KRATOWNICY STALOWEJ

Budynek leży w I strefie obciążenia wiatrem oraz w III strefie obciążenia śniegiem. Obciążenia te są głównym obciążenia pokrycia dachowego.

Dlatego przyjęto płytę warstwową z rdzeniem z poliuretanu o współczynniku:

$U = 0,18\frac{W}{m^{2}K}(w\ \text{tym}\ \text{zawiera}\ \text{wp}l\text{yw}\ \text{liniowego}\ \text{mostka}\ \text{cieplnego})$

Płyta warstwowa SP2C PU 160/120

Schematyczne ukazanie wiązara – geometria wiązara to kratownica z obniżonym pasem dolnym oraz skratowaniem trójkątnym ze słupkami. Rysunek schematu geometrycznego poniżej:

Ze względu na minimum zużycia materiału ustala się optymalną wysokość wiązara w kalenicy.

Przyjęto – 3,0 m

Założenie wysokości na podporze:


$$h_{p} \geq \left( \frac{1}{15} \div \frac{1}{18} \right)L - > h_{p} \geq \left( 1,67 \div 2,0 \right)$$

Przyjęto – 1,86 m

Założenia:

Układ dachu:

Wiązary zaznaczono pogrubioną linią, prostopadle do nich w rozstawie 3,75 m rozmieszczone są płatwie (w kalenicy stosuje się podwójną płatew). Linie przerywane wskazują założony układ stężeń połaciowych poprzecznych). Wymiary kratownicy przedstawia rysunek nr 1, a rozkład wiązarów rysunek nr 2.

2. ZEBRANIE OBCIĄŻEŃ NA POKRYCIE DACHOWE

Określono, iż projektowany obiekt znajduje się:

Obciążenie charakterystyczne śniegiem gruntu w strefie III


$$\mathbf{Q}_{\mathbf{k}}\mathbf{= 1,1\ }\frac{\mathbf{\text{kN}}}{\mathbf{m}^{\mathbf{2}}}$$

;l

Współczynnik kształtu dachu dwuspadowego o znanym pochyleniu

Nachylenie połaci dachu wynosi α = 8

C=C1=C2=0,80

Obciążenie charakterystyczne dachu śniegiem:


Sk = Qk × C


$$\mathbf{S}_{\mathbf{k}}\mathbf{= 1,1 \times 0,8 = 0,88}\frac{\mathbf{\text{kN}}}{\mathbf{m}^{\mathbf{2}}}$$

Charakterystyczne ciśnienie prędkości wiatru qk :

Wg PN-B-02011:1977 (Az1:2009)


$$\mathbf{q}_{\mathbf{k}}\mathbf{= 0,3\ }\frac{\mathbf{\text{kN}}}{\mathbf{m}^{\mathbf{2}}}$$

Współczynnik ekspozycji

Założono, iż teren jest zabudowany przy wysokości istniejących budynków powyżej 10m, co przekłada się na rodzaj terenu C

Ce=0,6

Współczynnik działania porywów wiatru:

β=1,8

Współczynnik ciśnienia zewnętrznego C

C=Cz=0,9 – ssanie według Z1-3 norma PN-77 B-02011

Strefa I

Obciążenie charakterystyczne dachu wiatrem:


pk = qk × Ce × C × β

Połać nawietrzna:


pk=0,3×0,6×(0,9)×1,8=0,292 kN/m2

Połać zawietrzna:


pk=0,3×0,6×(0,4)×1,8=0,130 kN/m2

Przyjęcie pokrycia dachowego:

Wymagania w odniesieniu do izolacyjności termicznej dachu od temperatury użytkowania obiektu:

W związku z powyższymi wymaganiami, zakłada się, że w wybudowanej hali panujące temperatury będą większe od 16°C. Dlatego przyjęto płytę warstwową z rdzeniem z poliuretanu o współczynniku:

$\mathbf{U = 0,18}\frac{\mathbf{W}}{\mathbf{m}^{\mathbf{2}}\mathbf{K}}\mathbf{(w\ tym\ zawiera\ wplyw\ liniowego\ mostka\ cieplnego)}$

Płyta warstwowa SP2C PU 160/120

Ciężar płyty:


$$\mathbf{C}_{\mathbf{\text{pw}}} = 12,5\frac{\text{kg}}{m^{2}} = \mathbf{0,123\ kN/}\mathbf{m}^{\mathbf{2}}$$

Zestawienie obciążeń:

Obciążenie stałe Obciążenie charakterystyczne kN/m Współczynnik obciążenia γf

Obciążenie obliczeniowe

kN/m

Płyta Ruukki SP2c PU 160/120


2, 625m × 0, 123kN/m2

0,323 1,1 0,355

Płatew I160PE


15, 8 kg/m

0,155 1,1 0,171
Razem: qk= 0,478 Razem: qd= 0,526
Obciążenia zmienne Obciążenie charakterystyczne kN/m Współczynnik obciążenia γf

Obciążenie obliczeniowe

kN/m

Obciążenie śniegiem


2, 625m × 0, 88kN/m2

2,31 1,5 3,465
Razem: qk= 2,31 Razem: qd= 3,465

Suma obciążeń charakterystycznych : 2,788 kN/m

Suma obciążeń obliczeniowych: 3,991 kN/m

W obliczeniach pominięto wpływ ssania wiatru, ze względu na to, iż w obliczeniach płatwi obciążenie to redukuje jej czteroprzęsłową. wytężenie. Zakłada się płatwie z elementów I 180 PE. Połączone ze sobą tworzą belkę ciągłą

3. WYZNACZENIE SIŁ WEWNĘTRZNYCH

Obciążenie zawieszone w środku ciężkości przekroju:


gkx = gk × cosα = 2, 788 × 0, 9961946981 = 2,77 kN/m


gky = gk × sinα = 2, 788 × 0, 08715574275 = 0,24 kN/m


gdx = gd × cosα = 3, 991 × 0, 9961946981 = 3,97 kN/m


gdy = gd × sinα = 3, 991 × 0, 08715574275 = 0,34 kN/m


Mxmax(B) = −0, 107 × 3, 97 × 6, 02 = 15.29


Mxmax(1) = 0, 077 × 3, 97 × 6, 02 = 10,09


Mymax(B) = −0, 107 × 0, 34 × 6, 02 = 1,309


Mymax(1) = 0, 077 × 0, 34 × 6, 02 = 0,942


Vxmax =  Vxl(B) = 0, 607 × 3, 97 × 6 = 14,45 kN


Vymax =  Vyl(B) = 0, 607 × 0, 34 × 6 = 1,238 kN

Projektowanie płatwi – I Stan Graniczny Nośności

Przyjęto przekrój I180PE – stal St3S

h = 180mm Ix = 1320cm4 Iy = 101 cm4 A = 23, 9 cm2 Iω = 7431cm6

bf = 91mm Wx = 146 cm3 Wy = 22, 2 cm3 m = 18, 8 kg/m Wω = 190cm4

tw = 5, 3mm ix = 7, 42 cm iy = 2, 05 cm IT = 4, 79cm4

tf = 8, 0mm


αp = ψ = 1, 0

Obliczenie nośności na zginanie:


MRx = αp × Wx × fd = 1, 0 × 146 × 21, 5 = 3139 kNcm


MRy = αp × Wy × fd = 1, 0 × 22, 2 × 21, 5 = 477,3 kNcm

Nośność na ściskanie:


NRc = ψ × A × fd = 1, 0 × 23, 9 × 21, 5 = 513,85 kN

Wyboczenie względem osi y − y

Smukłość płatwi względem osi y − y

$\mathbf{\lambda}_{\mathbf{y}} = \frac{\mu_{y} \times l}{i_{y}} = \frac{1,0 \times 600}{2,05} = \mathbf{292,68} > 250\ $ - stosuje się podparcie boczne co zmniejszy długość wyboczeniową:


$$\mathbf{\lambda}_{\mathbf{y}} = \frac{\mu_{y} \times 300}{i_{y}} = \frac{1,0 \times 300}{2,05} = \mathbf{146,34} > 250$$

Smukłość względna:

$\overset{\overline{}}{\mathbf{\lambda}_{y}} = \frac{\mathbf{\lambda}_{y}}{\mathbf{\lambda}_{p}} = \frac{146,34}{84} = 1,742$ $\mathbf{\lambda}_{p} = 84 \times \sqrt{\frac{215}{215}} = 84$


$$\overset{\overline{}}{\mathbf{\lambda}_{y}} = 1,742 - > \mathbf{\varphi}_{\mathbf{y}} = \left( 1 + {1,742}^{2 \times 1,742} \right)^{\frac{- 1}{1,742}} = = \mathbf{0,305}$$

Wyboczenie względem osi x − x


$$\mathbf{\lambda}_{\mathbf{x}} = \frac{\mu_{x} \times l}{i_{x}} = \frac{1,0 \times 600}{7,42} = \mathbf{80,86} < 250$$


λx<λy

Smukłość względna


$$\overset{\overline{}}{\mathbf{\lambda}_{\mathbf{x}}} = \frac{\mathbf{\lambda}_{x}}{\mathbf{\lambda}_{p}} = \frac{80,86}{84} = \mathbf{0,96}$$


$$\overset{\overline{}}{\mathbf{\lambda}_{\mathbf{x}}}\mathbf{= 0,96 -} > \mathbf{\varphi}_{\mathbf{x}}\mathbf{=}\left( \mathbf{1 +}\mathbf{0,96}^{\mathbf{2 \times 0,96}} \right)^{\frac{\mathbf{- 1}}{\mathbf{0,96}}}\mathbf{= 0,5056}$$


φx>φy

Określenie wpływu zwichrzenia

Smukłość względna przy zwichrzeniu:


$${\overset{\overline{}}{\mathbf{\lambda}}}_{\mathbf{L}} = 1,15 \times \sqrt{\frac{M_{\text{Rx}}}{M_{\text{cr}}}}$$

Wyznaczenie momentu krytycznego:


$$\mathbf{M}_{\mathbf{\text{cr}}} = \pm A_{o} \times N_{y} + \sqrt{\left( A_{o} \times N_{y} \right)^{2} + B^{2} \times i_{s}^{2} \times N_{y} \times N_{z}}$$


Ao = A1 × by + A2 × as

Wartości z normy PN-90 B-03200 tab.Z1-2:

A1 = 0, 61 A2 = 0, 53 μy = 1, 0 μω = 1, 0 B = 1, 14

ys = 0 rx = 0 = >by = 0


$$\mathbf{a}_{\mathbf{o}} = \frac{h}{2} = \frac{180}{2} = \mathbf{90}\mathbf{\text{mm}} = 9cm = > \mathbf{a}_{\mathbf{s}} = 0 - 9,0 = \mathbf{- 9,0}\mathbf{\text{cm}}$$


io2 = ix2 + iy2 = 7, 422 + 2, 052 = 59,25cm2


is2 = 59, 25 + 0 = 59,25cm2


Ao = 0, 61 × 0 + 0, 53 × −9, 0 = 4,77


$$\mathbf{N}_{\mathbf{y}} = \frac{\pi^{2} \times E \times I_{y}}{\left( \mu_{y} \times l \right)^{2}} = \frac{\pi^{2} \times 20500 \times 101}{\left( 1 \times 0,5 \times 600 \right)^{2}} = \mathbf{227,055}$$


$$\mathbf{N}_{\mathbf{z}} = \frac{1}{i_{s}^{2}} \times \left\lbrack \frac{\pi^{2} \times E \times I_{\omega}}{\left( \mu_{\omega} \times l \right)^{2}} + G + I_{T} \right\rbrack\mathbf{=}\frac{1}{46,48} \times \left\lbrack \frac{\pi^{2} \times 20500 \times 7432}{\left( 1 \times 600 \right)^{2}} + 8000 \times 4,79 \right\rbrack = \mathbf{716,91\ kN}$$


$$\mathbf{M}_{\mathbf{\text{cr}}} = \pm A_{o} \times N_{y} + \sqrt{\left( A_{o} \times N_{y} \right)^{2} + B^{2} \times i_{s}^{2} \times N_{y} \times N_{z}}$$


$$\mathbf{M}_{\mathbf{\text{cr}}} = - 4,77 \times 227,055 + \sqrt{\left( - 4,77 \times 227,055 \right)^{2} + {1,14}^{2} \times 59,25 \times 227,055 \times 716,91} = \mathbf{2619,2604\ kN}$$


$$\overset{\overline{}}{\mathbf{\lambda}_{\mathbf{L}}}\mathbf{=}1,15 \times \sqrt{\frac{\mathbf{3139}}{2619,2604\ kN}}\mathbf{= 1,09}$$

Współczynnik φLwzględem krzywej ao(n=2,5)


$${\mathbf{\varphi}_{\mathbf{L}} = \left( 1 + {1,09}^{2 \times 1,09} \right)}^{\frac{- 1}{1,09}}\mathbf{= 0,4838}$$

Nośność na dwukierunkowe zginanie ze ściskaniem:

Nośność osiowa pochodzi ze stężenia – założono wartość siły N= 10 kN


φi = φy = 0, 305


Δi = Δy = 0, 1


$$\frac{N}{\varphi_{i} \times N_{\text{Rc}}} + \frac{\beta_{x} \times M_{x,max}}{\varphi_{L} \times M_{\text{Rx}}} + \frac{\beta_{y} \times M_{y,max}}{M_{\text{Ry}}} \leq 1 - \Delta_{i}$$

Wyznaczenie βx×Mx,max


$$\begin{Bmatrix} M_{x,max}^{1} = 10,09\ kNm \\ M_{x,max}^{B} = 0,4 \times 10,09 = 4,36 \\ \end{Bmatrix} = > \beta_{x} \times M_{x,max} = \mathbf{10,09\ kNm}$$

Wyznaczenie βy×My,max


$$\begin{Bmatrix} M_{y,max}^{1} = 0,942kNm \\ M_{y,max}^{B} = 0,4 \times 1,309 = 0,5238 \\ \end{Bmatrix} = > \beta_{x} \times M_{x,max} = \mathbf{0,942\ kNm}$$


$$\frac{10,0}{0,305 \times 435,15} + \frac{1009}{0,483 \times 3139} + \frac{94,2}{477,3} \leq 1 - \Delta_{i}$$


0,911Δi


$$\mathbf{\Delta}_{\mathbf{i}} = 1,25 \times \varphi_{i} \times {\overset{\overline{}}{\lambda}}_{i}^{2} \times \frac{\beta_{i} \times M_{i,max}}{M_{\text{Ri}}} \times \frac{N}{N_{\text{Rc}}} \leq 0,1$$


$$\mathbf{\Delta}_{\mathbf{y}} = 1,25 \times 0,305 \times {1,742}^{2} \times \frac{94,2}{477,3} \times \frac{10}{513,85} \leq 0,1$$


0,0040,1

Nośność na zginanie ze ścinaniem nad podporą oraz środnik w złożonym stanie naprężenia


$$\frac{N}{N_{\text{Rt}}} + \frac{{M_{x}}^{B}}{M_{Rx,v}} + \frac{{M_{y}}^{B}}{M_{Ry,v}} \leq 1,0$$


MyB = 1, 309 kNm

Zginanie względem osi x-x


VR,x = 0, 58 × Av × fd


Av = (18−2×0,8) × 0, 5 = 8,2cm2


VR,x = 0, 58 × 8, 2 × 21, 5 = 102,254 kN


Vx,lB = 12, 16 kN < 0, 6 × VR, x = 0, 6 × 102, 254 = 61,35 kN

Nie występuje redukcja nośności na zginanie ze względu na ścinanie, a więc dalsze obliczenia są zbędne.


MR, x, v ≡ MR, x = 3139 kNcm

Zginanie względem osi y-y


VR,y = 0, 58 × Av × fd


Av = 2 × 18 × 0, 8 = 28,8 cm2


VR,y = 0, 58 × 28, 8 × 21, 5 = 359,13kN


Vy,lB = 1, 063 kN < 0, 6 × VR, y = 0, 6 × 359, 13 = 215,478 kN


MR,y,v ≡ MR, y = 477,3 kNcm

Sprawdzenie nośności


$$\frac{10}{513,85} + \frac{1529,04}{3139} + \frac{130,9}{477,3} = \mathbf{0,78 \leq 1,0}$$

Określenie wpływu skręcenia


$$\mathbf{m}_{\mathbf{s}} = g_{\text{dx}} \times \frac{h}{2} = 0,34 \times 0,09 = \mathbf{0,0306\ }\frac{\mathbf{\text{kNm}}}{\mathbf{m}}$$


$$\mathbf{B} = \frac{m_{s}}{K^{2}} \times \left( 1 - \frac{1}{cosh \times \frac{K \times l}{2}} \right)$$

Wartość „K” odczytano z tablic do projektowania stalowe wyroby walcowane

$\mathbf{K} = 0,018\frac{1}{\text{cm}} = \mathbf{1,8}\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{m}}$


$$\mathbf{B} = \frac{0,0306}{{1,8}^{2}} \times \left( 1 - \frac{1}{cos(0,18) \times \frac{1,8 \times 6}{2}} \right) = \mathbf{0,0077\ kN}\mathbf{m}^{\mathbf{2}}$$


B = 0, 0077 kNm2 = 77 kNcm2

Br = Wω × fd = 126 × 21, 5 = 2709 kNcm2 Wω odczytano z tablic do proj.


$$\frac{N}{\varphi_{i} \times N_{\text{Rc}}} + \frac{M_{x,max}}{M_{\text{Rx}}} + \frac{M_{y,max}}{M_{\text{Ry}}} + \frac{B}{B_{r}} \leq 1,0$$


$$\frac{10}{0,305 \times 513,85} + \frac{1009}{3139\ } + \frac{94,2}{447,3} + \frac{77\ }{4085} = \mathbf{0,614 \leq 1,0}$$

Warunki SGN dla płatwi IPE180 spełnione – przyjęto do dalszych obliczeń.

Projektowanie płatwi – II Stan Graniczny (SGU)

Sprawdzenie ugięcia metodą uproszczoną


$$y_{\text{xrz}} = \frac{5}{384} \times \left( 0,5 \times q_{\text{kx}} + 0,75 \times q_{\text{zmx}} \right) \times \frac{l^{4}}{I_{x} \times E}$$


$$y_{\text{xrz}} = \frac{5}{384} \times \left( 0,5 \times 0,00478 + 0,75 \times 0,0189 \right) \times \frac{600^{4}}{1320 \times 20500}$$


yxrz=1,033 cm


$$\mathbf{y}_{\mathbf{\text{yrz}}}\mathbf{=}0,013 \times 0,05 \times 0,0166 \times \frac{{262,5}^{4}}{101 \times 20500} = \mathbf{0,0247\ cm}$$

Strzałka ugięcia:


$$\mathbf{a} = \sqrt{{y_{\text{xrz}}}^{2} + {y_{\text{yrz}}}^{2}} = \sqrt{{1,033}^{2} + {0,0247}^{2}} = \mathbf{1,033\ cm}$$

Ugięcie graniczne:


$$\mathbf{a}_{\mathbf{\text{gr}}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{l}}{\mathbf{200}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{600}}{\mathbf{200}}\mathbf{= 3,0\ cm} > a = \mathbf{1,033\ cm}$$

Warunek spełniony, nie ma potrzeby sprawdzania metodą dokładną.

4. WIĄZAR KRATOWY

Zestawienie obciążeń

Do obciążeń stałych dodany zostanie ciężar własny kratownicy według wzoru:


$$\mathbf{C}_{\mathbf{W}} = \left\lbrack \frac{2}{a} + 0,12 \times \left( C_{\text{pw}} + S_{k} \right) \right\rbrack \times L \times 10^{- 2} \times r \times a$$


L = 30, 0 m


r = 2, 625 m


a = 6, 0 m


$$\mathbf{C}_{\mathbf{W}} = \left\lbrack \frac{2}{5} + 0,12 \times \left( 0,123 + 0,88 \right) \right\rbrack \times 30 \times 10^{- 2} \times 2,625 \times 6 = \mathbf{2,449\ kN}$$

Rodzaj obciążenia Obciąż. charak.

Współczynnik

obciążenia

Obciąż. oblicz.
kN kN

Obciążenia stałe płatwi


0,478×6×(0,607+0,536)

3,278 1,1 3,605
Ciężar własny wiązara CW 2,449 1,1 2,693
Razem 5,727 - 6,298

Obciążenie śniegiem


0,88×2,625×6×1,143

15,8 1,5 23,700

Obciążenie wiatrem

Połać nawietrzna


0,292×2,625×6×1,143

-5,242 1,5 -7,864

Połać zawietrzna


0,130×2,625×6×1,143

-2,33 1,5 -3,501

Wyznaczenie obciążeń na węzłach wiązara

Reakcja od obciążenia ciężarem własnym płatwi:


Gwk = 0, 155 × 1, 143 = 0,177 kN

Obciążenia stałe skupione w węzłach:


P1k = 0, 5 × (0,177+5,727) = 2,952 kN


P2k = 5, 727 kN


P3k = 5, 727 + 0, 177 = 5,904 kN

W węźle okapowym do połowy obciążenia skupionego stałego na węzeł dodano połowę ciężaru płatwi (P1k). W węźle kalenicowym do wyznaczonego obciążenia stałego dodano ciężar drugiej płatwi znajdującej się w kalenicy.

Obciążenia skupione od śniegu:


S1k = 0, 5 × 15, 8 = 7,9 kN


S2k = 15, 8 kN

Obciążenia skupione od wiatru


W1k = −5, 242 × 0, 5 = 2,621 kN


W2k = −5, 242


W3k,n = −5, 242 × 0, 5 = 2,621 kN


W3k,z = −2, 33 × 0, 5 = 1,165 kN


W4k = −2, 33 kN


W5k = −2, 33 × 0, 5 = 1,165 kN

Wyznaczenie i zestawienie sił w prętach (program SOLDIS)

Schemat obciążenia stałego

Schemat obciążenia śniegiem

Schemat obciążenia wiatrem

Tabela

Nr. Pręta

Długość pręta [mm] Siła Uwagi
Obciążenie stałe Śnieg
+ -
8 3754 34,723
7 3754 79,686
12 3754 98,199
17 3754 99,505
23 3754 99,525
22 3754 97,772
14 3754 79,572
13 3754 34,662
0 3750 63,379
1 3750 93,212
2 3750 102,190
3 3750 96,946
4 3750 102,079
5 3750 93,181
6 3750 63,395
9 2125 39,284
11 2215 34,117
15 2219 19,171
16 2325 17,061
18 2325 6,018
19 2440 5,448
20 2440 3,677
21 2564 3,372
24 2564 3,523 9,409 1,154 12,747 Krzyżulce
25 2440 3,338 9,931 1,218 13,453 Krzyżulce
26 2440 5,445 14,771 5,163 20,215 Krzyżulce
27 2325 5,927 16,080 5,621 22,007 Krzyżulce
28 2325 17,108 46,885 10,648 63,993 Krzyżulce
29 2219 19,044 52,191 11,858 71,234 Krzyżulce
30 2215 34,161 93,882 18,722 127,983 Krzyżulce
10 2125 39,212 107,695 21,490 146,907 Krzyżulce

5. WYMIAROWANIE PRĘTÓW KRATOWNICY

Pas górny

Dane:

Stal:

St3S – fd = 215 MPa

Siła maksymalna:

Pręt nr 17

Nmax=372,127 kN

lw,x=lw,y=375,4cm 

Sprawdzany przekrój – HEA 160

h=152mm bf=160mm tw=6,0mm tf=9mm R=15mm A=38,8cm2 m=30,4kg

Ix=616cm4 Iy=1673cm4 Wx=220,1cm3 Wy=76,9cm3 ix=6,57cm iy=3,98cm

Smukłość względem osi y-y

$\mathbf{\lambda}_{\mathbf{y}} = \frac{\mu_{y} \times l}{i_{y}} = \frac{375,4}{3,98} = 94,32 < \mathbf{250}$

Smukłość porównawcza

$\mathbf{\lambda}_{\mathbf{p}}\mathbf{=}84 \times \sqrt{\frac{215}{f_{d}}} = \mathbf{84}$

Smukłość względna

${\overset{\overline{}}{\mathbf{\lambda}}}_{\mathbf{y}}$ $= \frac{\mathbf{\lambda}_{\mathbf{y}}}{\mathbf{\lambda}_{\mathbf{p}}} = \frac{94,32}{84} = \mathbf{1,12}$

Współczynnik φy względem krzywej b (n=1,6)

$\mathbf{\varphi}_{\mathbf{y}} = \left( 1 + {{\overset{\overline{}}{\mathbf{\lambda}}}_{\mathbf{y}}}^{\mathbf{2}\mathbf{n}} \right)^{\frac{- 1}{n}} = \left( 1 + {1,12}^{3,2} \right)^{\frac{- 1}{1,6}} = \mathbf{0,5731}$

Określenie klasy przekroju

$\text{klasa\ I}\left\{ \begin{matrix} \frac{h}{t} = \frac{h - 2tf - 2r}{\text{tw}} = \frac{152 - 2 \times 9 - 2 \times 15}{6} < 17,33 \leq 66\varepsilon \\ \frac{b}{t} = \frac{72,1}{9} = 8,01 < 9\varepsilon \\ \end{matrix} \right.\ $

Sprawdzenie przekroju na ściskanie

NRc = ψ × A × fd = 1 × 38, 8 × 21, 5 = 834,2kN

$\frac{\mathbf{N}}{\mathbf{\varphi}_{\mathbf{y}}\mathbf{\times}\mathbf{N}_{\mathbf{\text{Rc}}}} = \frac{375,4}{0,5731 \times 834,2} = \mathbf{0,78} < 1$ warunek spełniony

Sprawdzenie warunku na rozciąganie

NRt=A × fd = 38, 8 × 21, 5 = 834,2 kN

Nt=68, 005 kN (pręt nr 17)

$\frac{\mathbf{N}_{\mathbf{t}}}{\mathbf{N}_{\mathbf{\text{Rt}}}}\mathbf{=}\frac{68,005}{834,2} = \mathbf{0,081} < 1$ warunek spełniony

Pas dolny

Dane:

Stal:

St3S – fd = 215 MPa

Siła maksymalna:

Pręt nr 2 (rozciąganie) 0 (ściskanie)

N=382,387 kN rozciąganie

N=72,295 kN ściskanie

lw,x=lw,y=375 cm 

Sprawdzany przekrój – HEA 120

h=114mm bf=120mm tw=5,0mm tf=8mm R=12mm A=25,30cm2 m=19,90kg

Ix=606cm4 Iy=231cm4 Wx=106cm3 Wy=38,5cm3 ix=4,89cm iy=3,02cm

Smukłość względem osi y-y

$\mathbf{\lambda}_{\mathbf{y}} = \frac{\mu_{y} \times l}{i_{y}} = \frac{375}{3,02} = 124,172 < \mathbf{250}$

Smukłość porównawcza

$\mathbf{\lambda}_{\mathbf{p}}\mathbf{=}84 \times \sqrt{\frac{215}{f_{d}}} = \mathbf{84}$

Smukłość względna

${\overset{\overline{}}{\mathbf{\lambda}}}_{\mathbf{y}}$ $= \frac{\mathbf{\lambda}_{\mathbf{y}}}{\mathbf{\lambda}_{\mathbf{p}}} = \frac{124,172}{84} = \mathbf{1,478}$

Współczynnik φy względem krzywej b (n=1,6)

$\mathbf{\varphi}_{\mathbf{y}} = \left( 1 + {{\overset{\overline{}}{\mathbf{\lambda}}}_{\mathbf{y}}}^{\mathbf{2}\mathbf{n}} \right)^{\frac{- 1}{n}} = \left( 1 + {1,478}^{3,2} \right)^{\frac{- 1}{1,6}} = \mathbf{0,3911}$

Określenie klasy przekroju

$\text{klasa\ I}\left\{ \begin{matrix} \frac{h}{t} = \frac{h - 2tf - 2r}{\text{tw}} = \frac{114 - 2 \times 8 - 2 \times 12}{5} = \frac{74}{5} = 14,8 < 66\varepsilon \\ \frac{b}{t} = \frac{45,5}{8} = 5,6879 < 9\varepsilon \\ \end{matrix} \right.\ $

Sprawdzenie przekroju na ściskanie

NRc = ψ × A × fd = 1 × 25, 3 × 21, 5 = 543,95kN

$\frac{\mathbf{N}}{\mathbf{\varphi}_{\mathbf{y}}\mathbf{\times}\mathbf{N}_{\mathbf{\text{Rc}}}} = \frac{72,295}{0,3911 \times 543,95} = \mathbf{0,339} < 1$ warunek spełniony

Sprawdzenie warunku na rozciąganie

NRt=A × fd = 25, 3 × 21, 5 = 543,95 kN

Nt=72, 295 kN

$\frac{\mathbf{N}_{\mathbf{t}}}{\mathbf{N}_{\mathbf{\text{Rt}}}}\mathbf{=}\frac{382,387}{543,95} = \mathbf{0,702} < 1$ warunek spełniony

Krzyżulce

Stal:

St3S – fd = 215 MPa

Siła maksymalna:

Pręt nr 9 Nt=147,174 kN rozciągająca

Pręt nr 30 Nc=127,983 kN ściskająca

lw,x=lw,y=0,8×221,5 cm  pręt nr 9

lw,x=lw,y=212,5 cm  pręt nr 30

Sprawdzenie warunku na rozciąganie

NRt=A × fd = 13, 2 × 21, 5 = 283,8 kN

Nt=127, 983 (pręt nr 9)

$\frac{\mathbf{N}_{\mathbf{t}}}{\mathbf{N}_{\mathbf{\text{Rt}}}}\mathbf{=}\frac{147,174}{283,8} = \mathbf{0,51} < 1$ warunek spełniony

Sprawdzenie warunku na ściskanie

Smukłość względem osi y-y

$\mathbf{\lambda}_{\mathbf{y}} = \frac{\mu_{y} \times l}{i_{y}} = \frac{177,2}{1,45} = \mathbf{122,2} < \mathbf{250}$

Smukłość porównawcza

$\mathbf{\lambda}_{\mathbf{p}}\mathbf{=}84 \times \sqrt{\frac{215}{f_{d}}} = \mathbf{84}$

Smukłość względna

${\overset{\overline{}}{\mathbf{\lambda}}}_{\mathbf{y}}$ $= \frac{\mathbf{\lambda}_{\mathbf{y}}}{\mathbf{\lambda}_{\mathbf{p}}} = \frac{122,2}{84} = \mathbf{1,45}$

Współczynnik φy względem krzywej b (n=1,6)

$\mathbf{\varphi}_{\mathbf{y}} = \left( 1 + {{\overset{\overline{}}{\mathbf{\lambda}}}_{\mathbf{y}}}^{\mathbf{2}\mathbf{n}} \right)^{\frac{- 1}{n}} = \left( 1 + {1,45}^{3,2} \right)^{\frac{- 1}{1,6}} = \mathbf{0,47}$

Określenie klasy przekroju

$\text{klasa\ I}\ \frac{\mathbf{h}}{\mathbf{t}} = \frac{93,4}{4,4} = \mathbf{21,22} < 66\varepsilon$

$\frac{b}{t} = \frac{45,6}{6,3} = 7,2 < 9\varepsilon$

Sprawdzenie sztywności zamocowania w pasach

$\mathbf{\text{\ M}}_{\mathbf{\text{Ri}}} \geq \left\lbrack {\Delta M}_{i} = N \times \left( \frac{1}{\varphi_{i}} - 1 \right) \times \frac{W_{i}}{A} \right\rbrack$

${\mathbf{\Delta}\mathbf{M}}_{\mathbf{i}} = 127,983 \times \left( \frac{1}{0,47} - 1 \right) \times \frac{53}{13,2} = \mathbf{761,876\ kNcm}$

Nośność na zginanie pasa górnego

MRx,pg=αp × Wx × fd = 1 × 220, 1 × 21, 5=4732,15 kNcm

MRy,pg=αp × Wx × fd = 1 × 76, 9 × 21, 5=1653,36 kNcm

Nośność na zginanie pasa dolnego

MRx,pg=αp × Wx × fd = 1 × 106 × 21, 5=2279 kNcm

MRy,pg=αp × Wx × fd = 1 × 38, 5 × 21, 5=827,75 kNcm

Przy wyboczeniu w płaszczyźnie i z płaszczyzny kratownicy otrzymujemy

${\Delta M}_{x} = {\Delta M}_{y} = 132,83\ kNcm \leq \left\{ \begin{matrix} \text{\ M}_{Rx,pg} = 4732,15\ kNcm \\ \text{\ M}_{Ry,pg} = 1653,35\ kNcm \\ \text{\ M}_{Rx,pg} = 2279\ kNcm \\ \text{\ M}_{Ry,pg} = 827,75\ kNcm \\ \end{matrix} \right.\ $

Przyjęto zmniejszoną długość wyboczeniową lw,x=lw,y=0,8×l0 ponieważ połączenie z pasem górnym i dolnym jest wystarczająco sztywne.

Sprawdzenie przekroju na ściskanie

NRc = ψ × A × fd = 1 × 13, 2 × 21, 5 = 283,8 kN

$\frac{\mathbf{N}}{\mathbf{\varphi}_{\mathbf{y}}\mathbf{\times}\mathbf{N}_{\mathbf{\text{Rc}}}} = \frac{127,83}{0,47 \times 283,8} = \mathbf{0,95} < 1$ warunek spełniony

Tabela

Nr. Pręta

Długość pręta [mm] Siła Uwagi
Obciążenie stałe Śnieg
+ -
8 3754 34,723
7 3754 79,686
12 3754 98,199
17 3754 99,505
23 3754 99,525
22 3754 97,772
14 3754 79,572
13 3754 34,662
0 3750 63,379
1 3750 93,212
2 3750 102,190
3 3750 96,946
4 3750 102,079
5 3750 93,181
6 3750 63,395
9 2125 39,284
11 2215 34,117
15 2219 19,171
16 2325 17,061
18 2325 6,018
19 2440 5,448
20 2440 3,677
21 2564 3,372
24 2564 3,523 9,409 1,154 12,747 IPE 120
25 2440 3,338 9,931 1,218 13,453 IPE 120
26 2440 5,445 14,771 5,163 20,215 IPE 120
27 2325 5,927 16,080 5,621 22,007 IPE 120
28 2325 17,108 46,885 10,648 63,993 IPE 120
29 2219 19,044 52,191 11,858 71,234 IPE 120
30 2215 34,161 93,882 18,722 127,983 IPE 120
10 2125 39,212 107,695 21,490 146,907 IPE 120

WYMODELOWANIE I OBLICZANIE POŁĄCZEŃ WĘZŁOWYCH KRATOWNICY

Węzeł Podporowy A

Węzeł B

Sprawdzenie nośności pasa dolnego z blachą węzłową spoiną czołową.

S1 = 127,814 kN S2=71,711kN

a = 5 mm

Współczynniki wytrzymałości spoin

Wartości sił wewnętrznych w środku ciężkości spoiny

Naprężenia w spoinie

Warunek nośność

Sprawdzenie nośności spoiny czołowej krzyżulców S1 i S2 z blachą węzłową.

Współczynniki wytrzymałości spoin

Wartości sił wewnętrznych w środku ciężkości spoiny

Naprężenia w spoinie

Warunek nośność

Węzeł I

Sprawdzenie nośności spoiny czołowej krzyżulca S1 z blachą węzłową.

Współczynniki wytrzymałości spoin

Wartości sił wewnętrznych w środku ciężkości spoiny

Naprężenia w spoinie

Warunek nośność

Węzeł H

Sprawdzenie nośności pasa dolnego z blachą węzłową spoiną czołową.

D0 = 237,452 kN D1=349,047kN

a = 10 mm

Współczynniki wytrzymałości spoin

Wartości sił wewnętrznych w środku ciężkości spoiny

Naprężenia w spoinie

Warunek nośność

Sprawdzenie nośności spoiny czołowej Krzyżulców S2 i S3 z blachą węzłową.

Współczynniki wytrzymałości spoin

Wartości sił wewnętrznych w środku ciężkości spoiny

Naprężenia w spoinie

Warunek nośność

Stężenia dachowe


$$F_{m} = \frac{2}{1 + \sqrt{m}}\sum_{i = 1}^{m}F_{0i}$$

$F_{0} = \max\left\{ \begin{matrix} F_{0} = 0,01 \bullet N_{C} = 0,01 \bullet 372,127 = 3,72\ kN \\ F_{0} \geq 0,005*A*fd = 0,005*38,8*21,5 = 4,171\ kN \\ \end{matrix} \right.\ $

Siła ściskająca w pasie górnym kratownicy: Nc = Nc, max = 372, 127 kN

Przekrój pasa górnego kratownicy: A = 38, 8 cm, fd = 215 MPa

FO =  4, 171 kN

m =  11 (10wiązarów pośrednich – cała wartość Nc i 2 wiązary skrajne - 0, 5 Nc)


$$F_{m} = \frac{2}{1 + \sqrt{m}}\sum_{i = 1}^{m}F_{0i} = \frac{2}{1 + \sqrt{11}}*11*4,171 = 21,25kN$$

$F_{m1} = \frac{F_{m}}{n} = \frac{21,25}{2} = 10,625\ kN$ – siła ściskająca płatew

Wymiarowanie

$q = \frac{F_{m}}{3,75} = \frac{21,25}{3,75} = 5,667\ kN/$


$$R = \frac{\text{ql}}{2} = \frac{5,667 \times 30}{2} = 85,005kN$$


$$N = R*\frac{l_{k}}{h} = 85,005 \times \frac{6,83}{10} = 58,05\ kN$$


$$A_{\text{potrz}} > \frac{58,05}{21,5} = 2,7\text{cm}^{2}$$


przyjeto :  ⌀20 = 3, 14 cm2

NRt = Afd = 3, 14 × 21, 5 = 67, 51 kN


N = 58, 05 < 67, 51 = NRt

21 = 0, 016 cm

$\frac{1}{200}*375,0 = 1,875\ cm > 0,016\ $cm – stężenie jest wystarczająco sztywne

Zestawienie stali

Nr Elementu Przekrój

Długość

(m)

Gatunek stali Ilość sztuk Długość razem Masa jednostkowa Masa elementu Masa razem(kg)
0 HEA 120 3,750 St3S 14 52,50 19,90 74,62 1044,75
1 HEA 120 3,750 St3S 14 52,50 19,90 74,62 1044,75
2 HEA 120 3,750 St3S 14 52,50 19,90 74,62 1044,75
3 HEA 120 3,750 St3S 14 52,50 19,90 74,62 1044,75
4 HEA 120 3,750 St3S 14 52,50 19,90 74,62 1044,75
5 HEA 120 3,750 St3S 14 52,50 19,90 74,62 1044,75
6 HEA 120 3,750 St3S 14 52,50 19,90 74,62 1044,75
7 HEA 160 3,754 St3S 14 52,55 30,40 114,12 1597,68
8 HEA 160 3,754 St3S 14 52,55 30,40 114,12 1597,68
12 HEA 160 3,754 St3S 14 52,55 30,40 114,12 1597,68
13 HEA 160 3,754 St3S 14 52,55 30,40 114,12 1597,68
14 HEA 160 3,754 St3S 14 52,55 30,40 114,12 1597,68
17 HEA 160 3,754 St3S 14 52,55 30,40 114,12 1597,68
22 HEA 160 3,754 St3S 14 52,55 30,40 114,12 1597,68
23 HEA 160 3,754 St3S 14 52,55 30,40 114,12 1597,68
9 IPE 120 2,125 St3S 14 29,75 10,40 22,10 309,40
10 IPE 120 2,125 St3S 14 29,75 10,40 22,10 309,40
11 IPE 120 2,215 St3S 14 31,01 10,40 23,03 322,42
15 IPE 120 2,219 St3S 14 31,06 10,40 23,07 322,98
16 IPE 120 2,325 St3S 14 32,55 10,40 24,18 338,52
18 IPE 120 2,325 St3S 14 32,55 10,40 24,18 338,52
19 IPE 120 2,440 St3S 14 34,16 10,40 25,37 355,18
20 IPE 120 2,440 St3S 14 34,16 10,40 25,37 355,18
21 IPE 120 2,564 St3S 14 35,89 10,40 26,66 373,24
24 IPE 120 2,564 St3S 14 35,89 10,40 26,66 373,24
25 IPE 120 2,440 St3S 14 34,16 10,40 25,37 355,18
26 IPE 120 2,440 St3S 14 34,16 10,40 25,37 355,18
27 IPE 120 2,325 St3S 14 32,55 10,40 24,18 338,52
28 IPE 120 2,325 St3S 14 32,55 10,40 24,18 338,52
29 IPE 120 2,219 St3S 14 31,06 10,40 23,07 322,98
30 IPE 120 2,215 St3S 14 31,01 10,40 23,03 322,42
Suma: 25525,57
Dodatek na spoiny 1,8% 459,46
Razem: 25985,03

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
C Users Marcin Desktop szkola sem 6 metalowe mój projekt schemat konstrukcji 10 03 2015 Model (2)
C Users Marcin Desktop szkola sem 6 metalowe mój projekt schemat konstrukcji 10 03 2015 Model (1)
Konstrukcje metalowe Sem VI Wyklad 03
Złożone konstrukcje metalowe
Konstrukcje metalowe egzamin1
Konstrukcje metalowe 1 Przyklad 8 Polaczenia srubowe
D semestr 5 konstrukcje metalowe wstępny Model (2
7 wyklad konstrukcji metalowych
sciaga egzam ULA, Studia, Konstrukcje metalowe I, Egzamin
Konstrukcje metalowe - Tematy zajęć, Budownictwo S1, Semestr IV, Konstrukcje metalowe, Labolatorium
biegus, konstrukcje metalowe podstawy, Długości wyboczeniowe prętów
biegus, konstrukcje metalowe podstawy, Słupy złożone
Fundusze inwestycyjne i emerytalne wykład 6 23 03 2015
Projekt konstrukcje metalowe
Konstrukcje Metalowe Danka Witczak
Odziaływanie wiatru, Studia, Sem 5, SEM 5 (wersja 1), Konstrukcje Metalowe II, Konstrukcje stalowe I
metale ściąga 3, Budownictwo ogólne, KONSTRUKCJE STALOWE, Konstrukcje metalowe wykłady, Egzamin, ści
Sciaga ze stali, BUDOWNICTWO, KONSTRUKCJE METALOWE 2

więcej podobnych podstron