Wydział Inżynierii i Kształtowania Środowiska SGGW
Katedra Budownictwa i Geodezji
Zakład Mechaniki i Konstrukcji Budowlanych

Projekt: Projekt budynku o ramowej konstrukcji stalowej

Wykonał:

Łukasz Gradowski gr. 3

1. Wstęp

1. Informacje wstępne

W ramach przedmiotu Konstrukcje metalowe zaprojektowano stalową konstrukcję szkieletu budynku wielokondygnacyjnego.

2. Wykonano w oparciu o normy

PN-82-B-02000 „Obciążenia budowli - Zasady ustalania wartości”
PN-82-B-02001 „Obciążenia budowli - Obciążenia stałe”
PN-76-B-03001 „Konstrukcje i podłoża budowli - Ogólne zasady obliczeń”
PN-90-B-03200 „Konstrukcje stalowe - obliczenia statyczne i projektowanie”
PN-70-B-02011 „Obciążenia w obliczeniach statycznych - Obciążenie wiatrem”
PN-70-B-02010 „Obciążenia w obliczeniach statycznych - Obciążenie śniegiem”
PN-98-B-03215 „Konstrukcje stalowe - Połączenia z fundamentami - projektowanie i wykonanie”

PN-99-B-03264 „Konstrukcje betonowe, żelbetowe i sprężone - Obliczenia statyczne i projektowanie” Założenia projektowe.

1. Geometria budynku

Geometrię budynku przedstawia Rysunek 1 „Wymiary osiowe hali”

2. Materiał

Kształtowniki: Stal: St4
Załączniki

3. Rysunki

Rysunek 1 - Przekroje szkieletu budynku wielokondygnacyjnego
Rysunek 2 - Rzut szkieletu budynku wielokondygnacyjnego

Rysunek 3 - Belka stropowa
Rysunek 4 - Rygiel

Rysunek 5 - Słup
Rysunek 6 - Połączenie rygla ze słupem

Rysunek 7,8,9,10,11 - Szczegóły

4. Tabele

Tabela 1 - Zestawienie obciążeń dachu
Tabela 2 - Zestawienie obciążeń stropu
Tabela 3 - Zestawienie schematów obciążeń

2. Obciążenia

1. Obciążenia stałe

1. Obciążenia stropodachu

Tab. 1 Zestawienie obciążeń dachu

Wyszczególnienie	Obciążenie charakterystyczne [kN/m^2]	Współczynnik obciążenia	Obciążenie obliczeniowe [kN/m^2]
Papa termozgrzewalna	0,10	1,2	0,12
Wełna mineralna 0,25m*1,5kN/m^2	0,375	1,2	0,45
Folia izolacyjna	0,01	1,2	0,01
Płyta żelbetowa 0,15m*25kN/m^2	3,75	1,1	4,125
Belki stropowe	0,30	1,1	0,33
Instalacje	0,50	1,2	0,60
Sufit podwieszany	0,3	1,2	0,36
Σ	5,34	1,12	6,00

q_ch1 = 5,34 kN/m²
q_o1 = 6,00 kN/m²

2. Obciążenia stropu typowego

Tab. 2 Zestawienie obciążeń stropu

Wyszczególnienie	Obciążenie charakterystyczne [kN/m^2]	Współczynnik obciążenia	Obciążenie obliczeniowe [kN/m^2]
Warstwa wykończeniowa	0,32	1,2	0,038
Warstwa wyrównawcza 0,05m*21kN/m^2	1,05	1,2	1,26
Izolacja akustyczna 0,05m*2,0kN/m^2	0,1	1,2	0,12
Paraizolacja	0,01	1,2	0,012
Płyta żelbetowa 0,15m*25kN/m^2	3,75	1,1	4,125
Belki stropowe	0,30	1,1	0,33
Instalacje	0,40	1,2	0,44
Sufit podwieszany	0,3	1,2	0,36
Obciążenia od ścian działowych	1,15	1,2	1,38
Σ	7,38	1,15	8,45

q_ch2 = 7,38 kN/m²
q_o2 = 8,45 kN/m²

Obciążenia od ścian zewnętrznych

q_z = 1,0 kN/m² (Przyjęto)
γ_f =1,2
q_z^o = q_z ⋅ γ_f
q_z^o = 1,0⋅1,2 = 1,2 kN/m²
q_z^o = 1,2 kN/m²

2. Obciążenia zmienne

1. Obciążenia użytkowe

q^ch = 5,6 kN/m²
γ_f =1,2
q^o = q_z ⋅ γ_f
q^o = 5,6 ⋅ 1,2 = 6,72 kN/m²
q^o = 6,72 kN/m²

2. Obciążenia śniegiem

S_k^ch = q_k ⋅ C

q_k = 1,2 kN/m² (wg Normy dla III strefy śniegowej)
C = 0,8 (wg Nory dla płaskiego dachu)

S_k^ch = 1,2 ⋅ 0,8 = 0,96 kN/m²
S_k^ch = 0,96 kN/m²

S = S_k^ch ⋅ γ_f

γ_f = 1,5

S^o = 0,96 ⋅ 1,5 = 1,44 kN/m²
S^o = 1,44 kN/m²

3. Obciążenie wiatrem

Konstrukcja nie jest podatna na porywy wiatru.

p_k = q_k ⋅ C_e ⋅ C ⋅ 

q_k = 300Pa = 0,30kPa = 0,30 kN/m² (wg Normy dla I strefy wiatrowej)
q_k = 0,30 kN/m²

 = 1,8 (Dla konstrukcji nie podatnych)

γ_f = 1,5

 = 0,06 (wg Normy dla ram spawanych) + 0,02 (wg Normy na połączenia śrubowe) = 0,08
 = 0,08

= 0,16s

Konstrukcja jest nie podatna przyjęto   ,

C_e = 1,0 (A)

Wartość współczynnika C
C_p1 = +0,7 (Dla przegrody od strony nawietrznej)
C_p2 = -0,4 (Dla przegrody od strony zawietrznej)

Strona nawietrzna:

p_k^N = 0,30 ⋅ 1 ⋅ 0,7 ⋅ 1,8 = 0,378 kN/m²
p_k^N = 0,378 kN/m²

p^N = 0,378 ⋅ 1,5 = 0,567 kN/m²
p^N = 0,567 kN/m²

Strona zawietrzna

p_k^Z = 0,03 ⋅ 1 ⋅ (-0,4) ⋅ 1,8 = - 0,216 kN/m²
p_k^Z = - 0,216 kN/m²

p^Z = - 0,216 ⋅ 1,5 = - 0,324 kN/m²
p^Z = - 0,324 kN/m²

3. Schematy obciążeń

• Schemat 1 obciążenia stałe (γ_f=1,2) - G

a = 2,2 m (Rozstaw belek stropowych)

b = 6,6 m (Rozstaw słupów)

G_o = a·b·q_o = 2,2·6,6·8,45 = 122,69 kN = G

G_o = a·b·q_o = 2,2·6,6·6,0= 87,12 kN = G1

G_o = 0,5a·b·q_o + h·b·q_o = 0,5·2,2·6,6·8,45 + 3,5·6,6·1,2 = 89,07 kN = G2

• Schemat 2 obciążenia śniegiem (γ_f=1,5) - S

S_o = a·b·s_o = 2,2·6,6·1,44 = 20,91 kN = S

• Schemat 3 obciążenia użytkowe I (γ_f=1,2) - P

P_o = a·b·q_o = 2,2·6,6·6,72= 97,57 kN = P

• Schemat 4 obciążenia użytkowe II (γ_f=1,2) - P₁

• Schemat 5 obciążenia użytkowe III (γ_f=1,2) - P₂

• Schemat 6 obciążenia użytkowe IV (γ_f=1,2) - P₃

• Schemat 7 obciążenia wiatrem (γ_f=1,5) - W

W_N = b·p_kn = 6,6·0,567 = 3,742 kN/ m

W_Z = b·p_kz = 6,6·(-0,324) = -2,138 kN/ m

4. Kombinacje obciążeń

K₁ = Obciążenia stałe + S + P₁ + P₂ + W

K₂ = Obciążenia stałe + P₁ + P₂ + W

K₃ = Obciążenia stałe + S + P₁ + P₂

K₄ = Obciążenia stałe + S + P₃

K₅ = Obciążenia stałe + S + P₂

K₆ = Obciążenia stałe + S + P₁

5. Przedstawienie wyników (siły wewnętrzne w prętach konstrukcji)

Wyniki przedstawiono w formie wydruków z programu Rm-Win (Załączniki ...)

1. Najbardziej obciążony rygiel

1. Ekstremalny moment

Ekstremalny moment gnący dla rygla znaleziony dla
Kombinacji: K₂ = Obciążenia stałe + P₁ + P₂ + W
Pręt: 9

Wartości:
M = - 356,2 kNm
V = - 235,7 kN
N = 8,9 kN (rozciągająca)

2. Najbardziej obciążony słup

1. Ekstremalna siła ściskająca

Ekstremalna siła ściskająca dla słupa znaleziona dla
Kombinacji: K₁ = Obciążenia stałe + S + P₁ + P₂ + W
Podstawa słupa
Pręt: 3

Wartości:
M = -20,9 kNm
V = 11,8 kN
N = - 881,6 kN (ściskająca)

6. Wymiarowanie belki stropowej

1. Obliczenia wstępne

1. Charakterystyka obciążenia belki

Geometria:
l = 6,6 m (długość belki)
b/3 = 2,2 m (rozstaw belek)

Obciążenia:

g_b^ch = g_ch2 ⋅ b/3 ⋅ 1,15 (obciążenie stałe charakterystyczne)
g_b^ch = 7,38 ⋅ 2,2 ⋅ 1,15 = 18,67 kN/m

g_b^o = g_o2 ⋅ b/3 ⋅ 1,15 (obciążenie stałe obliczeniowe)
g_b^o = 8,45 ⋅ 2,2 ⋅ 1,15 = 21,38 kN/m

q_b^ch = q_ch ⋅ b/3⋅ 1,15 (obciążenie zmienne charakterystyczne)
q_b^ch = 5,6 ⋅ 2,2 ⋅ 1,15 = 14,17 kN/m

q_b^o = q_o ⋅ b/3 ⋅ 1,15 (obciążenie zmienne obliczeniowe)
q_b^o = 6,72 ⋅ 2,2 ⋅ 1,15 = 17,00 kN/m

Siły wewnętrzne:

M = (q_b^o + q_b^o) ⋅ l² / 8
M = (21,38 + 17,00) ⋅ 6,6² / 8 = 208,99 kNm

V = (q_b^o + q_b^o) ⋅ l / 2
V = (21,38 + 17,00) ⋅ 6,6 / 2 = 126,66 kN

Wymagana charakterystyka przekroju:

w_x^p ≥ M / f_d
f_d = 23,5 MPa (dla stali St4, t<16mm)
w_x^p ≥ 208,99/ 23,5 = 889,33 cm³

2. Przyjęty przekrój

Kształt przyjętego przekroju

IPE360
w_x = 940 cm³
J_x = 16270cm⁴
h_w = 360 mm
s = 170 mm
g = 8 mm (grubość środnika)
t_w = 12,7 mm (grubość półki)

A = 72,7 cm²

f_d = 235 MPa = 23,5 kN/cm² (bo t<16mm)

2. Sprawdzenie stanów granicznych

1. Stan graniczny nośności przy zginaniu

M_R = _p ⋅ w_x ⋅ f_d
M_R = 1,07 ⋅ 904 ⋅ 23,5 = 22731 kNcm = 227,31 kNm

=>
= 0,92 < 1
φ_L = 1 - belka jest zabezpieczona przed zwichrzeniem

2. Stan graniczny nośności przy czystym ścinaniu

A_v = h_w ⋅ g
A_v = 36 ⋅ 0,8 = 28,8 cm²

Założono przegubowe podparcie belki stropowej na ryglach

V_R = 0,58 ⋅ _pv ⋅ A_v ⋅ f_d

Warunek smukłości przy ścianiu:
h_w / g = 36 / 0,8 = 45,0

=0,96
70 = 70⋅ 0,96 = 66,96
h_w / t_w = 45,0 < 66,96 = 70

Ścianka kształtownika odporna na miejscową utratę stateczności przy czystym ścinaniu

_pv = 1

V_R = 0,58 ⋅ 1 ⋅ 28,8 ⋅ 23,5 = 392,54 kN

=>
=0,32 <1 < 0,6

Nie ma potrzeby sprawdzać jednoczesnego zginania i ścinania.

3. Stan graniczny użytkowania przy zginaniu

f ≤ f_gr

f_gr = l / 250
f_gr = 660 / 250 = 2,64 cm

=0,02432 m = 2,43 cm

f = 2,43 < 2,64 = f_gr

7. Wymiarowanie rygla

1. Obliczenia wstępne

1. Charakterystyka obciążenia rygla

Siły wewnętrzne dla pręta 9 i kombinacji K₂:

Kombinacji: K₂ = Obciążenia stałe + P₁ + P₂ + W
Pręt: 9

Wartości:
M = - 356,2 kNm
V = - 235,7 kN
N = 8,9 kN (rozciągająca)

Wymagana charakterystyka przekroju:

w_x^p ≥ M / f_d
f_d = 235 MPa (dla stali St4 i t ≤ 16 mm)
w_x^p ≥ 356,2 / 235 000 = 0,00151574 m³ = 1515,74 cm³

2. Przyjęty przekrój

Kształt przyjętego przekroju

IPE500
w_x = 1930 cm³
J_x = 48200 cm⁴
i_x = 20,4 cm
A = 116 cm²
h = 500 mm
s = 200 mm
g = 10,2 mm (grubość środnika)
t = 16 mm (grubość półki)
f_d = 235 MPa = 23,5 kN/cm² (t<16mm)

2. Sprawdzenie stanów granicznych

1. Sprawdzenie klasy przekroju

= 0,96

Pas ściskany

b - Szerokość pojedynczej części półki (bez grubości środnika i zaokrągleń)
g - Grubość półki

=4,62
9 = 9 ⋅ 0,96 = 8,64
4,62 < 8,64 = 9
Przekrój klasy I

Środnik

b - Wysokość środnika (bez grubości półki i zaokrągleń)
t - Grubość półki

= 43,33
66 = 66 ⋅ 0,96 = 63,36
43,33< 63,36
Przekrój klasy I

Warunek smukłości przy ścinaniu

h - Wysokość środnika (bez grubości półki)
t - Grubość półki

= 45,88

70 = 70 ⋅ 0,96 = 67,2
45,88 < 67,2

Przekrój klasy I

2. Stan graniczny nośności na zginanie z rozciąganiem

<1

N_Rt = A ⋅ f_d
N_Rt = 116 ⋅ 23,5 = 2726 kN

M_Rx = _p ⋅ w_x ⋅ f_d
M_Rx = 1 ⋅ 1930⋅ 23,5 = 45355 kN⋅cm = 453,55 kNm

=0,79 < 1

Przyjęto _L = 1 - belka jest zabezpieczona przed zwichrzeniem

3. Stan graniczny nośności przy czystym ścinaniu

A_v = h ⋅ g
A_v = 50,0 ⋅ 1,02 = 51 cm²

V_R = 0,58 ⋅ _pv ⋅ A_v ⋅ f_d

=0,96

Warunek smukłości przy ścinaniu:

= 45,00

70 = 70⋅ 0,96 = 67,2
45,0 < 67,2
Zatem
_pv = 1

V_R = 0,58 ⋅ 1 ⋅ 51 ⋅ 23,5 = 695,13 kN

= 0,34 <1

4. Stan graniczny użytkowania przy zginaniu

f ≤ f_gr

f_gr = l / 350
f_gr = 660 / 350 = 1,89 cm

f = 0,23 cm (odczytane z programu MR-WIN)

f = 0,23 ≤ 1,89

8. Wymiarowanie słupa

1. Sprawdzenie stanu granicznego nośności

1. Charakterystyka pracy słupa

Pręt: 3

Wartości:
M = -20,9 kNm
V = 11,8 kN
N = - 881,6 kN (ściskająca)

Parametry geometryczne:

h = 3,50 m

Połączenie słup - rygiel: Sztywne

2. Przyjęty przekrój

HEB240
w_x = 938 cm³
w_y = 327 cm³
J_x = 11260 cm⁴
J_y = 3920 cm⁴
i_x = 10,3 cm
i_y = 6,08 cm
A = 91,0 cm²
h = 240 mm
b = 240 mm
g = 10 mm (grubość środnika)
t = 17,0 mm (grubość półki)
f_d = 225 MPa = 22,5 kN/cm² (16mm<t ≤ 40mm)

J_s / l_s = 14920 / 350 = 32,17 cm³

3. Nośność dla prostych obciążeń (ściskanie, zginanie)

N_Rc =  ⋅ A ⋅ f_d
N_Rc = 1 ⋅ 106,0 ⋅ 22,5 = 2385 kN

M_R =  ⋅ w_x ⋅ f_d
M_R = 1 ⋅ 938 ⋅ 22,5 = 21105 kN cm = 211,05 kNm

4. Obliczenie współczynnika wyboczeniowego 

Obliczenie ₁ (połączenie słup - fundament)

K_c = J_s / l_s
K_c = 32,17 cm³

K_o = K_c (ponieważ słup sztywno zamocowany w fundamencie)
K_o = 32,17 cm³

₁ = 0,5

K_c - Szytwność słupa
K_o - Sztywność połączenia

Obliczenie ₂ (połączenie słup - rygle)

K_c = J_s / l_s
K_c = 32,17 cm³

= 73,03

K_o =  ⋅ J_b / l_b
K_o = 2 ⋅ 1 ⋅ 73,03 = 146,06 cm³

= 0,18

Obliczenie współczynnika wyboczeniowego _x
_x = f(₁, ₂)
_x = f(0,5; 0,18) (Odczytano z wykresu Rys. Z1-3 b) )
_x = 1,27

Obliczenie smukłości _x i _y

_y = 1 (Przyjęto)
_x = f (₁; ₂)

K_c - Sztywność słupa
K_o - Sztywność połączenia

_x = _x ⋅ h / i_x
_x = 1,30 ⋅ 350 / 10,3 = 43,16

_y = _y ⋅ h / i_y
_y = 1 ⋅ 350 / 6,08 = 57,56

Obliczenie smukłości względnej _x i _y

= 82,11

= 0,53

= 0,70

Wyznaczenie współczynników wyboczeniowych _x i _y

_x = f(_x; krzywa b)
_x = f(0,53; krzywa b) = 0,925

_y = f(_y; krzywa c)
_y = f(0,70; krzywa c) = 0,744

5. Obliczenie współczynnika zwichrzenia _l

_l - Smukłość względna przy zwichrzeniu

Ponieważ przekrój bisymetryczny dwuteowy, podparty symetrycznie w sposób widełkowy (możliwość obrotu wokół osi pręta) i obciążony momentami na podporach.

 = 1 (Przyjęto)

_l = f(_l; krzywa b)
_l = f(0,66; krzywa b)
_l = 0,862

6. Sprawdzenie stanu granicznego nośności na zginanie ze ściskaniem

Obliczenie składnika poprawkowego _x

 ,

Sprawdzenie stanu granicznego nośności dla osi x

= 0,51 < 1-0,08

Sprawdzenie stanu granicznego nośności dla osi y

= 0,61 < 1

Sprawdzenie stanu granicznego użytkowania

Stan graniczny użytkowania dla węzłów każdej kondygnacji

U_x - Przemieszczenie poziome węzła

h_i - Wysokość węzła nad górny wierzch fundamentu

U_x ≤ h_i / 500 (Dla budynków wielokondygnacyjnych)

SGU dla węzła nr 6 (Stropodach)

U_x = 0,0020 m = 2,0 mm (Odczytane z programu RM-WIN)
h_i = 7,0 m = 7000 mm
h_i / 500 = 7000 / 500 = 14,0 mm

U_x ≤ h_i / 500
2,0 ≤ 14,0

SGU dla węzła nr 5 (Strop)

U_x = 0,0014 m = 1,4 mm (Odczytane z programu)
h_i = 3,50m = 3500
h_i / 500 = 3500 / 500 = 7,0 mm

U_x ≤ h_i / 500
1,4 ≤ 7,2

9. Połączenia

1. Połączenie belki stropowej z ryglem

1. Sprawdzenie nośności połączeń

Zaprojektowano śruby klasy 8.8
Przyjęto blachę łącznikową (żebro rygla) o grubości:
t = 8 mm

Obliczenie orientacyjne średnicy łącznika

d_n > 1,5 ⋅ t = 1,5 ⋅ 8 = 12,0 mm
d_n < 2,25 ⋅ t = 1,5 ⋅ 8 = 18,0 mm

1,6 cm

Przyjęto śrubę M16

Wyznaczenie granicznych odległości otworów

a_1min = a_2min = 1,5d
a_1min = a_2min = 1,5 ⋅ 16 = 24 mm
a_1min = a_2min = 24 mm

a_min = a_3min = 2,5d
a_min = a_3min = 2,5 ⋅ d = 40 mm
a_min = a_3min = 45 mm

Przyjęta geometria połączenia

Schemat rozmieszczenia otworów belce stropowej

Przyjęto 3 śruby M16 kl. 8.8
m = 3

a₁ = 40 mm (odległość osi otworu od krawędzi kształtownika w poziomie)
a₂ = 65 mm (odległość osi otworu od górnej, dolnej krawędzi belki stropowej)
a₃ = 100 mm (rozstaw osiowy otworów w pionie)

Sprawdzenie nośności połączenia ze względu na ścinanie trzonu śruby

V - Siła tnącą (podporowa)
V = 126,66 kN

S_RV = 72,4 kN (Z tablic, dla śruby M16)

42,22 < 72,4

Sprawdzenie nośności połączenia ze względu na docisk do ścianki otworu

  min(a₁ / d; a₂ / d; 2,5)
a₁ / d  45 / 16 = 2,8
a₂ / d = 65 / 16 = 4,06
  2,5

S_RB =  ⋅ d ⋅ t_min ⋅ f_d
S_RB = 2,5 ⋅ 1,6 ⋅ 0,8 ⋅ 23,5 = 75,2 kN

S_t - Siła dociskowa w śrubie od siły tnącej belki stropowej

S_t = V / m
S_t = 126,66 / 3 = 42,22 kN

S_m - Siła dociskowa w śrubie od momentu gnącego belki stropowej

e - Odległość osi otworu od osi rygla
e = 15 + 45 = 60 mm

M_o = V ⋅ e
M_o = 126,66 ⋅ 0,06 = 7,60 kNm

S_m = M_o / 2a

S_m = 7,60 / (2 ⋅ 0,1) = 38,00 kN

56,80 kN

S ≤ S_RB
56,8 ≤ 75,2

2. Sprawdzenie przekroju osłabionego otworami

Schemat obliczenia osłabienia przekroju

t = 8 mm = 0,8 cm

n - liczba łączników przenoszących obciążenie F i M₀
n = 3

n_v = 3

l₁ = 57 mm = 5,7 cm
l₂ = l₃ = 84 mm = 8,4 cm
l₄ = 317 mm = 3,7 cm

A_n = t ⋅ l
A_n = 0, 8 ⋅ (5,7 + 8,4 + 8,4) = 18,0 cm²

A_nt = t ⋅ l₄
A_nt = 0,8 ⋅ 3,7= 2,96 cm²

F_Rj = f_d ⋅ (0,6A_n + n_v / n ⋅ A_nt)
F_Rj = 23,5 ⋅ (0,6 ⋅ 18,0 + 3 / 3 ⋅ 2,96) = 323,36 kN

V_d = 126,66 kN

V_d ≤ F_Rj
126,66 ≤ 323,36

3. Sprawdzenie przekroju osłabionego -

Schemat pracującej na ścinanie części przekroju

Założono że półka kształtownika nie pracuje (do obliczeń)

e₁ = 55 mm = 5,5cm

M = V ⋅ e₁
M = 126,66 ⋅ 5,5 = 696,63 kNcm

h - Wysokość środnika bez części zaokrąglonych i półek
h = 29,8 cm
w_x - Wskaźnik wytrzymałość dla środnika
w_x = b ⋅ h² / 6
w_x = 0,8 ⋅ 29,8² / 6 = 118,88 cm³

M_R - Nośność na zginanie środnika
M_R = w_x ⋅ f_d
M_R = 118,88 ⋅ 23,5 = 2793,74 kNcm
M ≤ M_R
696,63 ≤ 2793,74

2. Połączenie rygla ze słupem

1. 
   Dane połączenia

Schemat konstrukcji węzła

Przy połączeniu słupa z ryglem zastosowano połączenie czołowe.

Grubości elementów
Przyjęto żeberko grubości 8 mm
Grubość środnika rygla 10,2 mm
Grubość środnika słupa 10 mm
Grubość półki rygla 16 mm
Grubość półki słupa 17 mm

Rozlokowanie śrub
Zastosowano 12 śrub M20 kl. 10.9, Nakrętki kl. 10
W 4 rzędach
Odległości od osi obrotu (środek dolnej półki rygla)
I rząd: y₁ = y_max = 542 mm (4szt.)
II rząd: y₂ = 426 mm (4szt.)
III rząd: y₃ = 346 mm (2szt.)
IV rząd: y₄ = 58 mm (2szt.)

Parametry śrub
R_m = 1040 kN
S_Rt = 239 kN
S_Rv = 150 kN

Obciążenie Węzła
M = -356,2 kNm
V = -235,7 kNm
N = 8,9 kN (rozciągająca)
M_ch = -287,48 kNm (charakterystyczny)

Obliczenie grubości blachy czołowej

t ≥ t_min


= 2,026 cm = 20,3 mm
Przyjęto:
t = 22 mm

Spaw między żebrem a blachą czołową

t₂ - Grubość blachy czołowej
t₂ = 22 mm
t₁ - Grubość żebra
t₁ = 8 mm

0,2 ⋅ t₂ = 0,2 ⋅ 22 = 4,4 mm
0,7 ⋅ t₁ = 0,7 ⋅ 8 = 5,6 mm
4,4 ≤ a ≤ 5,6

Przyjęto spaw 5 mm

Spaw między blachą czołową a ryglem

t₂ - Grubość blachy czołowej
t₂ = 22 mm
t₁ - Grubość środnika rygla
t₁ = 10,2 mm

0,2 ⋅ t₂ = 0,2 ⋅ 22 = 4,4 mm
0,7 ⋅ t₁ = 0,7 ⋅ 10,2 = 11,2 mm
4,4 ≤ a ≤ 7,1

Przyjęto spaw 5 mm

Spaw między półką słupa a stołkiem montażowym

t₂ - Grubość stolika montażowego
t₂ = 22 mm
t₁ - Grubość półki słupa
t₁ = 17 mm

0,2 ⋅ t₂ = 0,2 ⋅ 22 = 4,4 mm
0,7 ⋅ t₁ = 0,7 ⋅ 17 = 11,9 mm
4,4 ≤ a ≤ 11,9

Przyjęto spaw 5 mm

2. Sprawdzenie nośności połączenia na zerwanie śrub

Uwzględniono trzy rzędy śrub ze względu na to że dolny rząd znajduje się poniżej wartości:
0,6 ⋅ h₀ = 0,6 ⋅ 484 = 290,4 mm
ponad oś obrotu (środek dolnej półki rygla)

_ti - Współczynniki odczytane z tabeli z normy

M ≤ M_Rj
M_Ri = S_Rtred ⋅  (m_i ⋅ _ti ⋅ y_i)

S_Rtred = S_Rt - N / 6
S_Rtred = 239 - 8,9 / 6 = 237,52 kN

M_Ri = 237,52 ⋅ (4 ⋅ 0,7 ⋅ 54,2 + 4 ⋅ 0,9 ⋅ 42,6 + 2 ⋅ 0,8 ⋅ 34,6) =85620 kNcm = 856,2 kNm

356,2 ≤ 856,2

3. Sprawdzenie nośności połączenia na rozerwanie styku

Ze względu na to, że wysokość rygla przekracza 400mm we wzorach użyto wartość y_ired zamiast y_i

y_ired = y_i - h / 6
h / 6 = 500 / 6 = 83,33 mm = 8,3 cm
y_ired = y_i - 8,3

_ri - Współczynniki odczytane z tabeli z normy

= 29937 kNcm =

M_Rj= 299,37 kNm

M_ch = 287,48 ≤ 299,37 = M_Ri

4. Obliczenie wymiarów stołka podporowego

Obliczenie wysokości

Wysokość blachy (stołka podporowego) określono na podstawie potrzebnej spoiny pachwinowej.

h_s ≥ V / (2 ⋅ a ⋅ _II ⋅ f_d)
= 14,33 cm
Przyjęto:
h_s = 150 mm

Obliczenie szerokości

Szerokość blachy (stołka podporowego) określono na podstawie wytrzymałości jego krawędzi na docisk rygla.

g_s - Powierzchnia docisku rygla na stołek montażowy
g_s = 1,0 cm (Przyjęto)

f_db - wytrzymałość stali na docisk
f_db = 1,25 ⋅ f_d
f_db = 1,25 ⋅ 23,5 = 29,38 kN/cm²

b_s ≥ V / (g_s ⋅ f_db)
= 8,02 cm
Przyjęto:
h_s = 85 mm

Obliczenie szerokości

Wymiary stołka podporowego:
Płaskownik 150x85x22mm

3. Wymiarowanie podstawy słupa

1. Geometria połączenia

Schemat obliczeniowy słupa

Obciążenie

Kombinacji: K₂
Podstawa słupa
Pręt: 7

Wartości:
M = 80,1 kNm
V = 63,8 kNm
N = -475,2 kN (ściskająca)

Fundament
Beton: B15
f_c = 10 MPa
E / Ec = 6 (Przyjęto)

Kotwy
Zaprojektowano 4 kotwy fajkowe M24
R_e = 225 MPa
R_m = 375 MPa
A_s = 113 mm² = 1,13 cm²

Blacha czołowa
B = 360 mm
L = 500 mm
g = 24 mm

Blacha trapezowa
h = 300 mm
g = 16
Spaw:
a = 8mm

Promień rdzenia
r - Promień rdzenia
r = L / 6
r = 550 / 6 = 91,67 mm = 9,17 cm
r = 9,17 mm

Zatem podstawę obliczono się jako ściskaną mimośrodowo.

2. Sprawdzenie naprężeń występujących w betonie oraz nośności przyjętych kotew dla pręta 7, kombinacji K₂

Obciążenie słupa

Kombinacja: K₂
Podstawa słupa
Pręt: 7

Wartości:
M = 80,1 kNm
V = 63,8 kNm
N = -475,2 kN (ściskająca)

Mimośród
e = M / N
e = 80,1 / 475,2 = 0,169 m = 16,9 cm

e = 16,9 ≥ 9,17 = r
Zatem podstawa rozpatrywana jako ściskana mimośrodowo

Sprawdzenie naprężeń ściskających w betonie

Schemat obliczenia podstawy słupa ściskanej mimośrodowo

z_t - Odległość osi kotew od osi słupa
z_t = 500 / 2 - 70 = 250 - 70 = 180 mm = 18 cm

k = e - L / 2
k = 16,9 - 55 / 2 = -10,6 cm

m = z_t + L / 2
m = 18 + 55 / 2 = 45,5cm

E / E_c = 6 (Przyjęto)

n - Liczba rozciąganych kotew
n = 2

p = 6n ⋅ A_s ⋅ E / (B ⋅ E_c)
p = 6 ⋅ 2 ⋅ 1,13 ⋅ 6 / 36 = 2,26
p = 2,186

Wzór Fischera
x³ + 3kx² - p ⋅ (e + z_t) ⋅ (m - x) = 0
x³ + 3 ⋅ (-10,6) ⋅ x² - 2,26 ⋅ (16,9 + 18) ⋅ (45,5 - x) = 0

x - Szerokość strefy ściskanej

Dla x = 32,7
34,3³ + 3 ⋅ (-10,9) ⋅ 32,7² - 2,26 ⋅ (16,9 + 18) ⋅ (45,5 - 32,7) = 45,95 ≈ 0

Przyjęto
x = 32,7 cm

σ_c - Maksymalne naprężenia ściskające w betonie
σ_c = 2 ⋅ N ⋅ (e + z_t) / (B ⋅ x ⋅ (m - x/3)
σ_c = 2 ⋅ 475,2 ⋅ (16,9 + 18) / (36 ⋅ 32,7 ⋅ (45,5 - 32,7 / 3) = 0,81 kN / cm² = 8,1 MPa

8,1 MPa ≤ 10,0 MPa

Obliczenie zakotwienia słupa

Z - Siła w kotwiach po jednej stronie podstawy.
Z = P ⋅ (k + x / 3) / (m - x / 3)
Z = 475,2 ⋅ (-10,6 + 32,7 / 3) / (45,5 - 32,7 / 3) = 4,12 kN

S_Rt - Nośność kotwi na zerwanie
S_Rt = min {0,65 ⋅ R_m ⋅ n ⋅ A_s; 0,85 ⋅ R_e ⋅ n ⋅ A_s}
S_Rt = min {0,65 ⋅ 375000 ⋅ 2 ⋅ 1,13; 0,85 ⋅ 225000 ⋅ 2 ⋅ 1,13} = min {550875 kPa ⋅ cm² ; 432225 kPa ⋅ cm²} =432225 kPa ⋅ cm² = 43,22 kN

Z / S_Rt = 4,12 / 43,22 = 0,095

Sprawdzenie przyjętej grubości blachy czołowej

W poszukiwaniu ekstremalnego momentu przypadającego na 1cm płyty, blachę czołową podzielono na 3 płyty obliczeniowe A, B, C

Płyta A

= 1,5 cm

Płyta B

B = 115 mm

L = 206 mm

ω = B/L = 115/206 = 0,55

= 0,85

Płyta C

B = 130 mm

L = 240 mm

ω = B/L = 130/240 = 0,55

= 2,35

t = 24 mm

3. Sprawdzenie przyjętej wysokości blachy trapezowej

h_w - Wysokość przekroju słupa

N_s = N / 2 + M / h_w
N_s = 475,2 / 2 + 80,1 / 0,24 = 571,35 kN

h ≥ N_s / (2⋅_II ⋅ a ⋅ f_d)
h ≥ 571,35 / (2 ⋅ 0,6 ⋅ 0,8 ⋅ 23,5) = 25,3 cm
h ≥ 25,3 cm

Przyjęto h = 26 cm

23

3

---