EC5 wykład 10 hale

Projekt „Nowoczesne budownictwo – studia podyplomowe” współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego realizowany pod nadzorem Polskiej Agencji Rozwoju Przedsiębiorczości

HALE

Kraków, 19 września 2010

dr inż.

Dorota KRAM

Program

wykładu – hale



Podstawowe układy konstrukcyjne



zasady wymiarowania wybranych dźwigarów



węzły i stężenia

Konstrukcje hal

Klasy

układów konstrukcyjnych

Konstrukcje, w których wyróżnione są podstawowe układy

konstrukcyjne,

najczęściej

układy

płaskie

przenoszące

wszystkie obciążenia pionowe (lub co najmniej dominującą ich
część oraz obciążenia poziome, których wypadkowa działa w
płaszczyźnie układu). Pozostałe obciążenia poziome przejmują
układy drugorzędne i stężenia, które we współpracy z układami
podstawowymi

zapewniają sztywność przestrzenną całej

konstrukcji.

Konstrukcje, w których podstawowy układ konstrukcyjny jest

układem przestrzennym

przejmującym wszystkie obciążenia i

zapewniającym sztywność przestrzenną całej konstrukcji .

Klasa A

Rodzaje podstawowych układów konstrukcyjnych

Układy płaskie

(dominujące):

belkowe

(często wspomagany ściągiem stalowym)

kratowe

(najczęściej ze ściągiem stalowym).

Schematy podstawowych rozwiązań
supowo-ryglowych:
a/ o ryglu belkowym,
b/ z ryglem kratowym.

słupowo-ryglowe

3.1. z ryglem belkowym,
3.2. z ryglem belkowym i cięgnami,
3.3. z ryglem kratowym drewnianym,
3.4. z ryglem kratowym stalowo-drewnianym,
3.5. z odciągami.

Dźwigar kratowy

Dźwigar pełnościenny

Schematy statyczne stosowane w konstrukcjach hal drewnianych wpływające na
generowanie węzłów i połączeń;

a/ o węzłach sztywnych podparcia słupa, b/ dwuprzegubowe, c/ trójprzegubowe,

d/ trójprzegubowe z odciągami i zastrzałami.

PRZYKŁADY PROSTYCH ROZWIĄZAŃ DŹWIGARÓW,

Z DREWNA KLEJONEGO WARSTWOWO

PRZY ROZSTAWACH 5,00 – 7,50 [M]

max 12

L[m]

H[m]

h[m]

10 - 35

L /17

10 – 25Lk

Lk /10

10 - 35

L /30

L /15

10 - 35

L /30

L /15

Układy belkowe i kratowe - zalecenia

Układy trójprzegubowe

złożone z dwu belek lub krat pozwalają na

zaprojektowanie

racjonalnych

układów

konstrukcyjnych

przy

rozpiętościach 15–20 m.

W przypadku, gdy wysokość konstrukcji jest mniejsza od 1/3 jej
rozpiętości niezbędnym jest na ogół

zastosowanie ściągu

Dla

układów ze ściągiem racjonalność

rozwiązania wymaga

zastosowania wysokości konstrukcji nie mniejszej od 1/6 rozpiętości.

Wysokość belek w tego typu układach zaleca się przyjmować w
granicach od 1/50 do 1/30 rozpiętości, a wysokość krat od 1/25 do
1/15.

Tablica 1 Przedziały racjonalnych rozwiązań konstrukcyjnych

Propozycje hal o konstrukcji słupowo-ryglowej.

Przykłady układu słupowo-ryglowego z ryglami belkowymi i słupami stalowymi
w systemie hal oferowanych na rynku niemieckim

a/ schematy;
b/ parametry geometryczne układu konstrukcyjnego.

ramowe

4.1. bezprzegubowe (sporadycznie),
4.2. dwuprzegubowe,
4.3. trójprzegubowe (najczęściej)

5.1.1. bezprzegubowe (sporadycznie),
5.1.2. dwuprzegubowe,
5.1.3. trójprzegubowe (najczęściej),

łukowe

5.1. łuki mało wyniosłe:

f < L/6

5.2. łuki wyniosłe (strzeliste) – najczęściej trójprzegubowe:

f > L/2

f > L/6

Konstrukcja magazynu nawozów potasowych w porcie Gdańskim.

Układy konstrukcyjne hal

Przykłady rozwiązania słupów w standardowych układach słupowo-ryglowych
a/ system ze słupami drewnianymi,
b/ system ze słupami stalowymi lub żelbetowymi.

Układy słupowo-ryglowe

Zastosowanie odciągów

Układy słupowo-ryglowe

rozwiązanie ze słupem drewnianym

SŁUPY stalowe

SŁUPY żelbetowe

Konstrukcja hali przemysłowej – przekrój.

Ramy dwuprzegubowe

Ramy płaskie

Konstrukcja hali z kortami tenisowymi (Ulm-Niemcy)

schemat ramy kozłowej

Ramy płaskie

Propozycja zasad kształtowania elementów (rygli i słupów) oraz
ich połączenia w przypadku podpory w kształcie V:

a/ elementy jednogałęziowe i odciąg stalowy;
b/ rygiel jednogałęziowy, zastrzał przekrój złożony, odciąg dwugałęziowy;
c/ rygiel dwugałęziowy, zastrzał złożony, odciąg jednogałęziowy;
d/ rygiel trójgałęziowy, zastrzał złożony, odciąg dwugałęziowy.

Ramy trójprzegubowe

Zasady kształtowania ram trójprzegubowych:

a/ ramy złożone z pierścieniami; b/ ramy z dwu elementów złączonych na
budowie; c/ ramy z klejonym klinem narożnym.

Ograniczenia wymiarów elementów przez skrajnie drogową.

Rozwiązania konstrukcyjne ram z czterech elementów – schemat;
parametry geometryczne.

Rozwiązanie konstrukcyjne ram z dwóch elementów:
a/ schemat; b/ parametry geometryczne

Rozwiązanie konstrukcyjne ram z elementami węzłowymi:
a/ schemat; b/ parametry

Ramy trójprzegubowe z zastrzałami i odciągami

Ramy trójprzegubowe z zastrzałami i
odciągami: przekrój, parametry
geometryczne.

Konstrukcja hali sportowej

(Saulcy sur Meurthe – Francja):

1 – rygiel ramy (b=16cm,h=94
(175cm);

2 – słup główny ramy (b=

2x14cm, h=121cm);
3 – słup dodatkowy –zastrzał
(b=16cm, h=73cm);
4 – płatwie (b=8cm, h=73cm);
5 – steżenia (b=11cm,h=22cm);
6 – rygle ocienne (b=16cm,
h=22cm);
7 i 8 – steżenia pionowe w
ocianachpodłużnych (fi
140mm);
9 –profil stalowy;
10 –sworznie fi 24mm;
11 i 12 – oruby M24 i M20.

Konstrukcja przekrycia pływalni
(Griesheim - Niemcy):

a/ schemat podstawowego układu nośnego;
b/ rzut konstrukcji przekrycia;
c/ szczegóły .

Łuki

Zasadnicze rodzaje łuków: a/ niewyniosłe, b/ wyniosłe, c/ strzeliste.

Schematy statyczne łuków: a/ bezprzegubowe, b/ jedno-, c/ dwu-,
d/ trójprzegubowe.

Łuki

Schematy łuków: a/ dwugałęziowe, b/ kratowe.

Oferty producentów w zakresie małowyniosłych łuków
trójprzegubowych i ich węzły :

a/ schemat łuku, b/ parametry elementów konstrukcyjnych. c) węzły

Konstrukcja przekrycia pływalni w Selben

: a/ rzut, b/ przekrój podłużny (łuk główny),

c/ przekrój poprzeczny (podstawowy układ konstrukcyjny); 1- łuk główny 3x20/200 cm, 2- rygle
układu podstawowego 22/175 cm, 3- płatwie 16/25 cm, 4- stężenia połaciowe.

Mieszana

Przekrycia wiszące.

Przekrycia wiszące

Hala wystawowa w Alencon:

a/przekrój, b/ stężenia słupów wysokich, c/ rzut. 1- belki

główne, wiszące 16/95, 106 cm, 2- połączenia montażowe belek, 3- połączenia przegubowe,
4- podpora skrajna, słup 16/95 (190 cm), 5- podpora skrajna, odciąg stalowy (100 mm), 6- słup pośredni żelbetowy,
7- słupy pośrednie połączone przegubowo, 8-płatwie 11,3/40,5 cm, 9- elementy stężeń - krzyżulce 5/15 cm, 10-
stabilizacja połączenia dolnej krawędzi płatwi prętem stalowym fi 14,22 mm.

Konstrukcja przekrycia hali sportowej w Poitiers

a/ przekrój podłużny, b/ rzut, c/ przekrój poprzeczny: 1- podwójny łuk główny, 2- belki wiszące, 3- płatwie.

ROZSTAW OSIOWY WIĄZARÓW USZTYWNIAJĄCYCH

NIE POWINIEN PRZEKRACZAĆ 30 m

OGÓLNE zasady wymiarowania

dla M > M

kryt

W SGN BELEK ZGINANYCH

NALEŻY SPRAWDZIĆ WARUNEK

crit







GDZIE



NAPRĘŻENIA OBLICZENIOWE OD ZGINANIA

WYTRZYMAŁOŚĆ OBLICZENIOWA NA ZGINANIE

crit

WSPÓŁCZYNNIK STATECZNOŚCI GIĘTNEJ

EC5 pkt. 6.3.3

crit

ustala się wg następujących zależności



rel



crit

= 1

= 1,56 – 0,75

rel,



dla





rel



= 1



rel



rel,



dla

gdzie:

rel,



sprowadzona smukłość

Dla belek, które w strefie ściskanej są zabezpieczone na całej swej długości
przed przemieszczeniami bocznymi i na podporach przed skręcaniem, współczynnik k

crit

= 1,0

EC5 pkt. 6.3.3(4)

SMUKŁOŚĆ SPROWADZONĄ określamy wzorem

EC5 pkt. 6.3.3

crit

rel







crit



NAPRĘŻENIA KRYTYCZNE PRZY ZGINANIU,
OBLICZONE ZGODNIE Z KLASYCZNĄ TEORIĄ STATECZNOŚCI

crit





tor

crit







crit





STĄD DLA PRZEKROJÓW PROSTOKĄTNYCH

DLA PRZEKROJÓW PROSTOKĄTNYCH

crit

rel







PRZYJMUJE POSTAĆ

mean

rel









PN.4.2.2.c

Dla drewna miękkiego
o przekroju prostokątnym wg EN5

crit







EN5-6.32

Wg DIN

rel









DIN.70

rel







DŁUGOŚĆ EFEKTYWNA

określona w stosunku do długości rzeczywistej

DŹWIGARY JEDNOTRAPEZOWE

ROZPIĘTOŚCI DŹWIGARÓW 10 do 35 m
WYSOKOŚĆ

DŹWIGARA



NACHYLENIE DACHU 3 DO 15 ST

MIEJSCE MAX NAPRĘŻEŃ x







WYSOKOŚĆ PRZEKROJU hx







DŹWIGARY JEDNOTRAPEZOWE

gdy krawędź nachylona jest rozciągana

DŹWIGAR DWUTRAPEZOWY

(SYMETRYCZNY)

ROZPIĘTOŚCI DŹWIGARÓW 10 do 35 m

WYSOKOŚĆ DŹWIGARA



NACHYLENIE DACHU 3 DO 15 ST

MIEJSCE MAX NAPRĘŻEŃ x





WYSOKOŚĆ PRZEKROJU hx

)

(





DŹWIGAR DWUTRAPEZOWY

(SYMETRYCZNY)







DLA DŹWIGARA DWUTRAPEZOWEGO kr = 1

EC5 pkt 6.4.3

DŹWIGAR DWUTRAPEZOWY

(SYMETRYCZNY) i o osi zakrzywionej

NAPRĘŻENIA W KALENICY NALEŻY OBLICZAĆ WG WZORU













- moment zginający w kalenicy

– wysokość dźwigara w kalenicy

)

(

)

(

)

(















tan





































r dotyczy dźwigarów zakrzywionych, więc tylko
k

odnosi się tu do dźwigarów dwutrapezowych

STATECZNOŚĆ

UTRATA

stateczności

słupów

stateczności
rygli

płaskiej

postaci zginania

(zwichrzenie)

USZTYWNIENIE

(zabezpieczenie)

rygli przed

utratą stateczności

słupów przed

utratą stateczności

rygli przed

zwichrzeniem

USZTYWNIENIA POŁACIOWE

EC 5 pkt. 9.2.5.3

Usztywnienie połaciowe projektuje się w postaci

kratowych wiązarów połaciowych

Wiązary te można obliczać na obciążenie równomiernie rozłożone q

działające w kierunku prostopadłym do płaszczyzny stężanych elementów
Należy uwzględnić dwa przeciwne zwroty tego obciążenia

USZTYWNIENIA POŁACIOWE

Średnia wartość obl. siły ściskającej

= (1-k

crit

) M

/ h

– maksymalny moment obliczeniowy

w belce i odpowiadające mu h

stężenia

Stężenia (tężniki) wiatrowe w konstrukcjach drewnianych analogicznie jak w stalowych

Układy stężeń wiatrowych: a/ w polu
skrajnym - tężnik z krzyżulcami
wiotkimi, b/ w polu przedskrajnym -
tężnik z krzyżulcami sztywnymi:
1- stężenie przy ryglu kratowym,
2- przy układzie ramowym,
c/ dodatkowy tężnik poziomy,
d/ schematy podparcia pionowych
elementów konstrukcji ściany
szczytowej,
e/ przekazywanie sił na fundamenty
przez układ tężników układ
podstawowy słupowo-ryglowy -
uzasadnienie kształtowania układu
tężnika,
f/ stężenia układów:
3- kratownicowych, 4- ramowych, 5-
łukowych.

a/ Stężenia pionowe łuków i ram,
b/ rozmieszczenie stężeń w ramie
trójprzegubowej,
c/ rozwiązania konstrukcyjne stężeń.

Struktura tężników: a/ tężniki kratowe z
krzyżulcami sztywnymi (1), lub wiotkimi
(2), pracującymi tylko na rozciąganie, b/
tężniki ramowe, c/ tężniki tarczowe.

Rozwiązania konstrukcyjne (zasady i przykłady)

Rys. 51. Stężenia kratowe (krzyżulce sztywne): a/ rodzaje najczęściej stosowanych skratowań
b/ szczegóły - rozwiązania tradycyjne (obiekty mniejsze), c/ rozwiązania przy dużych
rozpiętościach; 1- element układu podstawowego (stężanego), 2- płatwie.

stężenia

Stężenia - skratowania wiotkie:
a/ układ cięgien, b/ szczegóły; 1- układ stężany.

http://www.dachyplaskie.pl/index.php/technologie/128-przyczyny-awarii-konstrukcji-z-

drewna-klejonego-warstwowo.html

Wybrane rodzaje Konstrukcji - Postanowienia ogólne

EC5 pkt. 5.4

(1)P Analizę konstrukcji należy prowadzić, stosując modele
statyczne uwzględniające, z dostateczną dokładnością, pracę
konstrukcji i jej podpór.
(2) W przypadku dźwigarów łączonych na

płytki kolczaste

, analizę

należy prowadzić

wykorzystując modele prętowe

, zgodnie z 5.4.2,

lub analizę uproszczoną

, zgodnie z 5.4.3.

(3) W przypadku łuków i ram płaskich należy prowadzić analizę
drugiego rzędu, zgodnie z 5.4.4.

5.4

Wybrane rodzaje Konstrukcji

5.4.1

Postanowienia ogólne

(1)P Analizę konstrukcji należy prowadzić, stosując modele
statyczne uwzględniające, z dostateczną dokładnością, pracę
konstrukcji i jej podpór.
(2) W przypadku dźwigarów łączonych na

płytki kolczaste

, analizę

należy prowadzić

wykorzystując modele prętowe

, zgodnie z 5.4.2,

lub analizę uproszczoną

, zgodnie z 5.4.3.

(3) W przypadku łuków i ram płaskich należy prowadzić analizę
drugiego rzędu, zgodnie z 5.4.4.
5.4.2

Konstrukcje prętowe

(1)P

Analizę konstrukcji prętowych

należy prowadzić z

uwzględnieniem wpływu na siły i momenty wewnętrzne
odkształceń elementów i

złączy

, mimośrodów na podporach i

sztywności konstrukcji wsporczej. Elementy definicji modelu
konstrukcji prętowej pokazano na Rysunku 5.1.

Hala ramowa - ujeżdżalnia koni w Bieszczadach

http://www.mitek.pl

(2)P

W rozpatrywanym modelu konstrukcji prętowej

osie wszystkich elementów

powinny znajdować się wewnątrz ich przekrojów. Osie elementów głównych, np.
elementów zewnętrznych dźwigara, powinny pokrywać się z ich osiami
rzeczywistymi.
(3)P Jeżeli osie elementów wewnętrznych nie pokrywają z osiami przyjętymi w
modelu ustroju, to przy sprawdzaniu ich nośności

należy uwzględnić wpływ

mimośrodów

(4) Do modelowania złączy mimośrodowych lub podpór można stosować

fikcyjne

elementy belkowe

oraz elementy sprężyste. Kierunek fikcyjnych elementów

belkowych i położenie elementów sprężystych powinny pokrywać się, możliwie
dokładnie, z rzeczywistą geometrią złączy.
(5)

W analizie pierwszego rzędu

w zakresie

liniowo-sprężystym

można

pominąć wpływ odkształceń początkowych i ugięć wywołanych obciążeniem,
jeżeli został on uwzględniony przy sprawdzaniu nośności elementów.
(6) W analizie dźwigarów kratowych należy stosować odpowiednie sztywności
elementów, zdefiniowane w 2.2.2. Należy założyć, że sztywność fikcyjnych
elementów belkowych odpowiada sztywności danych złączy.

(7)

Złącza można uważać za obrotowo sztywne, jeżeli ich odkształcenia nie mają
znaczącego wpływu na rozkład sił i momentów. W przeciwnym razie, złącza
można, na ogół, traktować jako przegubowe.

(8)

Przy sprawdzaniu nośności można pominąć wpływ poślizgu liniowego w
złączach, z wyjątkiem przypadków, gdy ma on znaczący wpływ na rozkład sił
i momentów wewnętrznych.

(9) Złącza pasów kratownic mogą być modelowane jako obrotowo sztywne, jeżeli
ich rzeczywisty obrót pod obciążeniem nie ma znaczącego wpływu na siły
wewnętrzne w elementach. Założenie to można uważać za spełnione, gdy
spełniony jest jeden z następujących warunków:

- Nośność złącza odpowiada co najmniej 1,5 obciążeniu równemu
kombinacji działającej siły i momentu zginającego,
- Złącze pasa ma nośność odpowiadającą co najmniej obciążeniu równemu
kombinacji siły i momentu zginającego, pod warunkiem że naprężenia
zginające w elementach drewnianych stanowią nie więcej niż 0,3 ich
nośności na zginanie, a konstrukcja zachowuje stateczność przy założeniu, że
wszystkie złącza tego typu są przegubowe.