Złożone Konstrukcje Metalowe

                02 kwiecień 2012r.

Wieże, Maszty, Kominy

Wieża – wspornik utwierdzony w fundamencie ( z punkty widzenia statyki)

Rodzaje wieży:

–

Wieża kościelna

–

wieża ratuszowa

–

wieża radiostacji

–

wieża widokowa

–

wieża telewizyjna

–

wieża spadochronowa

–

slupy elektrowni wiatrowych

Maszty – pionowe konstrukcje w których,  obciążenia poziome są przenoszone przez linie 
odciągowe

Kominy – służy do odprowadzenia spalin i dymów rożnych wytwarzanych przez  fabryki lub rożne 
zakłady.  

Konstrukcje wsporze linii energetycznych
[rys1]

Slupy trakcyjne – slupy na których powieszona jest  trakcja np. tramwajowe lub pociągowe.

Podpory kolejek linowych i wyciągów narciarskich

PN-EN-1993-3-1 :2008
EC3: Projektowanie konstrukcji stalowych

część 3-1: Wieże, maszty, kominy – wieże i maszty

EC3: Projektowanie konstrukcji stalowych

część 3-2: Wieże, maszty, kominy – kominy

Cechy charakterystyczne budowli o charakterze wieżowym i masztowym:

–

duży stosunek wysokości do wymiarów poprzecznych (bardzo duża smukłość) → konstrukcje 
wrażliwe na efekty II rzędu.

–

Stosunkowo małe siły pionowe

–

podstawowe obciążenia: wiatr i sadź

–

konieczność uwzględnienia

–

obciążenia dynamiczne

–

zmęczenie materiału

Obciążenia szadź (tez sadź) – osad lodu powstający przy zamarzaniu małych, przechłodzonych 

kropelek wody

Szadź zawiera kryształki lodu pozlepiane (igiełek nie ma lub jest ich niewiele)
Szron składa się z igiełek lodu, które mogą być rozgałęzione ale nie tworzą zwartej bryły

Obciążenia szadzią można liczyć na podstawie: 
PN-B-02013:1987
Obciążenia budowli

Obciążenia zmienne środowiskowe
Obciążenia oblodzeniem

Awaria systemu elektroenergetycznego w regionie szczecińskim w nocy 7/8 kwietnia 2008r, 
poprzez obciążenia szadzią

Blackout – na wskutek zaniku dostawy energii elektrycznej całkowitemu paraliżowi ulega życie na 
znacznym terenie zamieszkałym  przez duża liczbę ludności

proces powstawania szadzi.
[rys2]
proces ten powoduje oprócz zwiększenia ciężaru, zginanie przekroju.
Kiedy przewody okryte są lodem, obciążenia od wiatru znaczne wzrastają.

Niewłaściwe podwieszenie światłowodów ( podwieszenie przewodu do pasa dolnego ściskającego) 
siły (przewody) trzeba przytwierdzać w węzłach

Oddziaływanie wiatrem PN-EN 1991-1-4:2008

EC1
Oddziaływanie na konstrukcje
część 1-4: oddzialyw3ania ogólne. Oddziaływanie wiatru

nie ma wytycznych dotyczących

–

oddziaływania wiatru na wieże kratowe o nieregularnych pasach

–

oddziaływania wiatru na maszty z odciągami i kominy z odciągami

Oddziaływanie wiatru na:

–

maszty z odciągami

–

kominy z odciągami

–

wieże kratowe o nierównoległych pasach 

podano w EN 1993-3-1 Załącznik A.

PN-EN-40-4-1:2004
Slupy oświetleniowe – część 3-1: Projektowanie i weryfikacja. Specyfikacja obciążeń 
charakterystycznych

Obciążenia dynamiczne 
Wiatr → Drgania konstrukcji

obciążenie wiatrem w płaszczyźnie

1. równoległej do kierunku wiatru
2. prostopadłej do kierunku wiatru

1. Obciążenie w płaszczyźnie równoległej do kierunku wiatru → drgania konstrukcji

–

częstotliwość drgań własnych

–

postacie drgań własnych

–

charakterystyki tłumienia drgań (logarytmiczny deklement tłumienia)

wg PN-77/B-02011 Obciążenia wiatrem dl budowli podatnych na działanie wiatru
[rys3]
współczynnik działania porywów wiatru β

wg PN-EN 1991-1-4:2008

współczynniki konstrukcyjny c

0

 c

d

c

s

 – współczynnik rozmiarów

c

d

 – współczynnik Dynamiczny

dla kominów o przekroju kołowym o wysokości <60 m i <6,5 d
c

s

 c

d

 =1 → konstrukcja nie jest podatna na efekty dynamiczne

dla pozostałych współczynnik c

s

 c

d

 określa się wg pkt.6.3 

2. Obciążenia w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku wiatru → wzbudzenia wirowe (wiry 
Karmana) → poprzeczne drgania konstrukcji → zmęczenie materiału

Wiry karmana powstają na obiektach pełno ściennych kołowych.
[rys4] 

–

przepływ strugi laminarny

–

prędkość strugi krytyczna

żeby powstały wiry wiatr musi mieć pewna określona prędkość w miejscach określonych kątem 
alfa

konstrukcja drga poprzecznie ponieważ, gdy wiry  odrywają się od konstrukcji wprawiają ja w 
drgania
[rys5]

Galopowanie interferencyjne – drgania samowzbudne gdy dwa niepołączone za sobą walce są 
blisko ustawione
[rys6]

Urządzenia zapobiegające drganiom

–

typu mechanicznego (tłumiki, liny) (metoda to polega na zmianie częstotliwości drgań własnych 
konstrukcji)

[rys 7] 

2 i 6(?) - element ciężki zamocowany u szczytu konstrukcji
4 – ciężarki zamocowane na linach
5 – skrzynka z sprężynkami w celu tłumienia drgań

sam fakt wiszenia liny z budynku może wytracić budynek z drgań własnych

–

typu aerodynamicznego (turbulizatory)

[rys8] w procesie wytwarzania nakłada się nierówne elementy które przeszkadzają w swobodnym 
parciu wiatru
a) spirala zrobiona z płaskowników spawanych na sztorc
b) spirala zrobiona z łopatek
(nanosi się już na etapie projektowania)

Obciążenia wyjątkowe
w masztach – poluzowanie lub zerwanie liny

Maszt radiowy w Konstantynowie – ponad 646 metrów wysokości był najwyższa konstrukcja na 
świecie  w latach 1974-1991, został zniszczony przy wymianie  odciągów

Konstrukcje wież  [rys9]

–

kratowe

–

pełno ścienne 

szerokość podstawy wieży ok  

1

12

÷

1

17

∗

H

szerokość wierzchołka wieży 1,5m – 2m

zalecenia 

–

wyratowanie typu X

–

dodatkowe rozporki

–

minimalna powierzchnia prętów

–

przepony – tarcze poziome zabezpieczające przed 

[rys10]

{rys11]

–

trzon

–

fundament główny

–

liny odciągowe

–

izolatory

–

urządzenia napinające liny

–

fundamenty odciągowi

Konstrukcje masztów 
[rys12b] urządzenie napinające
[rys13] izolator
[rys 14] fundament odciągu

Konstrukcje masztów
pionowy pręt ciągły podparty sprężyście na odciągach

Podatność podpory zależny od

–

przekroju, długości i kata nachylenia odciągu

–

wstępnego naprężenia odciągów

–

modułu sprężystości odciągu

[rys15]

[rys16] 

[rys17]

teoria II rzędu

stateczności trzonu masztu