Wrocław 08.05.2013

Politechnika Wrocławska
Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego

Budownictwo przemysłowe

PROJEKT TECHNICZNY

STALOWA KRATOWA GALERIA KOMUNIKACYJNA

Wykonał: Michał Mazur 187595

Środa 9:15 Semestr 6 2012/2013

Sprawdzający: dr inż. Jacek Boroń

1. Opis techniczny

1.1. Przedmiot opracowania

Przedmiotem opracowania jest projekt techniczny galerii komunikacyjnej w Nowym Sączu.

1.2. Cel i zakres opracowania

Celem projektu jest analiza statyczna wybranego wariantu oraz jego zwymiarowanie

1.3. Podstawa opracowania

PN-EN 1990. Podstawy projektowania konstrukcji
PN-EN 1991-1-3. Oddziaływania na konstrukcje: Oddziaływania ogólne – obciążenie śniegiem
PN-EN 1991-1-4. Oddziaływania na konstrukcje: Oddziaływania ogólne – oddziaływania wiatru
PN-EN 1993. Projektowanie konstrukcji stalowych
Projektowanie konstrukcji stalowych według eurokodu 3 - Antoni Biegus

1.4. Opis ogólny obiektu

Projektowana kratownica galerii komunikacyjnej o wymiarach 3,5x4x52m składa się z 2 równoległych
kratownic o pasie górnym wykonanym z dwuteownika IPE 200, pasie dolnym z dwuteownika IPE 180.
Krzyżulce są wykonane z rur okrągłych RO 159x8, natomiast słupki z rur okrągłych RO 159,5.
Kratownice są połączone ze sobą za pomocą rygli o przekroju poprzecznym IPE 160
i poprzecznic IPE 300. Podłogę galerii stanowi płyta żelbetowa o grubości 12cm. Obudowa galerii
wykonana jest ze szkła.
Cała konstrukcja oparta jest na podporach kratownicowych o wykratowaniu „N” o wysokości 5m.
Słupy stanowią dwuteowniki IPE 200, natomiast krzyżulce i pręty poziome wykonane są z rur
okrągłych RO 60,3x4. Cała konstrukcja wykonana jest ze stali S235.

1.5. Montaż konstrukcji

Ze względu na duże wymiary konstrukcji została ona podzielona na elementy wysyłkowe. Będzie ona
łączona za pomocą styków montażowych.

Kolejność montażu:



Ustawienie podpór na fundamencie



Montaż pierwszej kratownicy



Zamontowanie odciągów montażowych



Montaż drugiej kratownicy



Montaż rygli i poprzecznic



Stężenie pól konstrukcji

1.6. Zabezpieczenie antykorozyjne

Elementy stalowe należy pomalować za pomocą farb antykorozyjnych. Wymaga się oczyszczenia
elementów do stopnia czystości ST2.

Zestawienie obciążeń

Dane do projektu



Szerokość łącznika b = 4m



Wysokość łącznika h = 3,5m



Długość łącznika l = 52m



Wysokość słupów H = 5m

1.7. Obciążenia stałe

a) Podłogę galerii stanowi płyta żelbetowa o gr.120mm na blasze fałdowej wykończona

warstwą posadzki z żywicy epoksydowej

płyta żelbetowa 12cm; 25kN/m3*0,12m=3,0kN/m2

b) Obudowa galerii ze szkła laminowanego oraz płyt elewacyjnych z włókno cementu

szkło gr.1cm; 24kN/m3*0,01m=0,24 kN/m2

1.8. Obciążenia zmienne

1.8.1. Oddziaływanie wiatru

Nowy Sącz – strefa 3
Wysokość: A = 300m n.p.m.

𝑧 = 3,5 + 5 = 8,5𝑚

a) Bazowa prędkość wiatru

𝑣

𝑏

= 𝐶

𝑑𝑖𝑟

∗ 𝐶

𝑠𝑒𝑎𝑠𝑜𝑛

∗ 𝑣

𝑏,0

Gdzie:
𝐶

𝑑𝑖𝑟

– współczynnik kierunkowy. Przyjmuje 𝐶

𝑑𝑖𝑟

= 1,0

𝐶

𝑠𝑒𝑎𝑠𝑜𝑛

- współczynnik sezonowy. Przyjmuje 𝐶

𝑠𝑒𝑎𝑠𝑜𝑛

= 1,0

𝑣

𝑏,0

-

wartość podstawowa bazowej prędkości wiatru

.

𝑣

𝑏,0

= 22 𝑚/𝑠

𝒗

𝒃

= 1,0 ∗ 1,0 ∗ 22𝑚/𝑠 = 𝟐𝟐𝒎/𝒔

b) Średnia prędkość wiatru

𝑣

𝑚

(𝑧) = 𝑐

𝑟

(𝑧) ∗ 𝑐

𝑜

(𝑧) ∗ 𝑣

𝑏

Gdzie:
𝑐

𝑟

(𝑧) - współczynnik chropowatości

𝑐

𝑜

(𝑧) - współczynnik rzeźby terenu (Przyjmuję 𝑐

𝑜

(𝑧) = 1,0)

Kategoria terenu :
Przyjęto, że teren odpowiada kategorii III (tereny podmiejskie)
𝑧

0

= 0,3 𝑚

𝑧

𝑚𝑖𝑛

= 5𝑚

𝑧

𝑚𝑎𝑥

= 200 𝑚

Współczynnik chropowatości dla III kategorii:

𝒄

𝒓

(𝒛) = 0,8 (

𝑧

10

)

0,19

= 0,8 (

8,5

10

)

0,19

= 𝟎, 𝟕𝟖

𝒗

𝒎

(𝒛) = 0,78 ∗ 1,0 ∗ 22 = 𝟏𝟕, 𝟏𝟔 𝒎/𝒔

c) Turbulencja wiatru

𝐼

𝑉

(𝑧) =

𝑘

𝑙

𝑐

𝑜

(𝑧) ∗ 𝑙𝑛 (

𝑧

𝑧

0

)

𝑑𝑙𝑎 𝑧

𝑚𝑖𝑛

≤ 𝑧 ≤ 𝑧

𝑚𝑎𝑥

gdzie:
𝑘

𝑙

- współczynnik turbulencji. Zalecana wartość to 𝑘

𝑙

= 1,0

𝑰

𝑽

(𝒛) =

1

1 ∗ 𝑙𝑛 (

8,5 𝑚
0,3 𝑚)

= 𝟎, 𝟑𝟎

d) Wartość szczytowa ciśnienia prędkości

𝑞

𝑝

(𝑧) = [1 + 7 ∗ 𝐼

𝑉

(𝑧)] ∗

1
2

𝜌 ∗ 𝑣

𝑚

(𝑧)

2

𝜌 = 1,25

𝑘𝑔

𝑚

3

𝑔ę𝑠𝑡𝑜ś𝑐 𝑝𝑜𝑤𝑖𝑒𝑡𝑟𝑧𝑎

𝒒

𝒑

(𝒛) = [1 + 7 ∗ 0,30] ∗

1
2

∗ 1,25

𝑘𝑔

𝑚

3

⁄

∗ (17,16 𝑚 𝑠

⁄ )

2

= 571 𝑁

𝑚

2

⁄

= 𝟎, 𝟓𝟕𝟏 𝒌𝑵

𝒎

𝟐

⁄

e) Ciśnienie wiatru na powierzchnie

Ciśnienie wiatru działające na powierzchnie zewnętrzne konstrukcji, należy wyznaczyć z wyrażenia:

𝑤

𝑒

= 𝑞

𝑝

(𝑧) ∗ 𝑐

𝑝𝑒,10

gdzie:
𝑐

𝑝𝑒,10

– współczynnik ciśnienia zewnętrznego



Ściany pionowe

Proporcje budynku:

h
d

=

8,5

4

= 2,125

𝐷 → C

pe,10

= 0,80 → 𝑊

𝑒

= 0,457

𝑘𝑁
𝑚

2

𝐸 → C

pe,10

= −0,56 → 𝑊

𝑒

= −0,320

𝑘𝑁
𝑚

2



Dach płaski

𝑒 = min{𝑏; 2ℎ} = min{52𝑚; 17𝑚} = 17 𝑚

𝑒

10

= 1,7 𝑚,

𝑒
4

= 4,25,

𝑒
2

= 8,5 𝑚

𝐹 → C

pe,10

= −1,8 → 𝑊

𝑒

= −1,028

𝑘𝑁
𝑚

2

𝐺 → C

pe,10

= −1,2 → 𝑊

𝑒

= −0,685

𝑘𝑁
𝑚

2

𝐻 → C

pe,10

= −0,7 → 𝑊

𝑒

= −0,400

𝑘𝑁
𝑚

2

1.8.2. Obciążenie śniegiem

Strefa śniegowa: 4

Obciążenie śniegiem dachu:

𝑠 = 𝜇

𝑖

∗ 𝐶

𝑒

∗ 𝐶

𝑡

∗ 𝑠

𝑘

gdzie
𝜇

𝑖

– współczynnik kształtu dachu

𝐶

𝑒

= 1,0 – współczynnik ekspozycji (dla terenu normalnego )

𝐶

𝑡

= 1,0 - współczynnik termiczny

𝑠

𝑘

= 1,2 𝑘𝑁/𝑚

2

- charakterystyczne obciążenie śniegiem gruntu

dla strefy 3
współczynnik kształtu dachu dla nachylenia połaci dachowej
0

𝑜

≤ 𝛼 ≤ 30

𝑜

wynosi 𝜇

1

= 0,8

Oddziaływanie śniegu zostało zebrane na ramę wewnątrz
budynku:

𝑠 = 𝜇

𝑖

𝐶

𝑡

𝐶

𝑒

𝑠

𝑘

= 0,8 ∙ 1,0 ∙ 1,0 ∙ 1,2 = 0,96 [

𝑘𝑁
𝑚

2

]

a) Zmienne – tłum pieszych

𝑞 = 3,0 𝑘𝑁/𝑚

2

2. Wymiarowanie

2.1. Rygle

Przyjęto IPE 160

Obciążenia stałe:
a) Ciężar własny

𝑔

1

= 0,158 𝑘𝑁/𝑚

2

b) Obudowa

𝑔

2

= 0,24

𝑘𝑁
𝑚

2

∙ 5,5𝑚 = 1,32 𝑘𝑁/𝑚

Obciążenia zmienne

a) Śnieg

𝑠 = 0,96

𝑘𝑁
𝑚

2

∙ 5,5𝑚 = 5,28 𝑘𝑁/𝑚

b) Wiatr

𝑤

1

= −1,028

𝑘𝑁
𝑚

2

∙ 5,5𝑚 = −5,65 𝑘𝑁/𝑚

𝑤

2

= −0,4

𝑘𝑁
𝑚

2

∙ 5,5𝑚 = −2,2 𝑘𝑁/𝑚

Kombinacje SGN

a) 1,35 ∙ (0,158

𝑘𝑁

𝑚

+ 1,32

𝑘𝑁

𝑚

) + 1,5 ∙ 5,28

𝑘𝑁

𝑚

= 9,92

𝑘𝑁

𝑚

(pominięto wiatr gdyż zmniejsza to

obciążenie)

b) 1,00 ∙ (0,158

𝑘𝑁

𝑚

+ 1,32

𝑘𝑁

𝑚

) − 1,5 ∙ 5,65

𝑘𝑁

𝑚

= −7,00

𝑘𝑁

𝑚

(pominięto śnieg gdyż dociąża

konstrukcje)

c) 1,00 ∙ (0,158

𝑘𝑁

𝑚

+ 1,32

𝑘𝑁

𝑚

) − 1,5 ∙ 2,2

𝑘𝑁

𝑚

= −1,82

𝑘𝑁

𝑚

(pominięto śnieg gdyż dociąża

konstrukcje)

𝑀

𝑚𝑎𝑥

=

𝑞𝑙

2

8

=

9,92 ∙ 4

2

8

= 19,84 𝑘𝑁𝑚

𝑅

1

=

𝑞𝑙

2

= 19,84 𝑘𝑁

𝑀

𝑝𝑙,𝑅𝑑,𝑦

=

𝑊

𝑝𝑙,𝑦

∙ 𝑓

𝑦

𝛾

𝑀0

=

123,86 ∙ 235 ∙ 10

−3

1,0

= 26,11 [𝑘𝑁𝑚]

𝑀

𝐸𝑑,𝑦

𝑀

𝑝𝑙,𝑅𝑑,𝑦

≤ 1 →

19,84
26,11

< 0,74 → warunek spełniony

SGU

𝑤

𝑚𝑎𝑥

≤ 𝑤

𝑢𝑙𝑡

=

𝑙

200

=

4000

250

= 16𝑚𝑚

𝑤

𝑚𝑎𝑥

=

5(𝐺

𝑘

+𝑄

𝑘

)𝐿

4

384𝐸𝐼

𝑦

=

5 ∙ 6,76 ∙ 4000

4

384 ∙ 210000 ∙ 8690000

= 12,35𝑚𝑚 < 16𝑚𝑚

Warunek spełniony.

Przyjęto rygle IPE160

2.2. Poprzecznica

Obciążenia stałe:
a) Ciężar własny

𝑔

1

= 0,422 𝑘𝑁/𝑚

2

b) Posadzka

𝑔

2

= 3

𝑘𝑁
𝑚

2

∙ 5,5𝑚 = 16,5 𝑘𝑁/𝑚

Obciążenia zmienne

a) Wiatr

𝑤

1

= −1,028

𝑘𝑁
𝑚

2

∙ 5,5𝑚 = −5,65 𝑘𝑁/𝑚

𝑤

2

= −0,4

𝑘𝑁
𝑚

2

∙ 5,5𝑚 = −2,2 𝑘𝑁/𝑚

b) Tłum pieszych

𝑞 = 3

𝑘𝑁
𝑚

2

∙ 5,5𝑚 = 16,5 𝑘𝑁/𝑚

Kombinacje SGN

Wiodące obciążenie wiatrem

d) 1,35 ∙ (0,422 ∙

𝑘𝑁

𝑚

+ 16,5

𝑘𝑁

𝑚

) + 1,5 ∙ 5,65

𝑘𝑁

𝑚

+ 1,5 ∙ 16,5

𝑘𝑁

𝑚

∙ 0,7 = 48,65

𝑘𝑁

𝑚

Wiodące obciążenie tłumem pieszych

e) 1,35 ∙ (0,422 ∙

𝑘𝑁

𝑚

+ 16,5

𝑘𝑁

𝑚

) + 1,5 ∙ 16,5

𝑘𝑁

𝑚

+ 1,5 ∙ 5,65

𝑘𝑁

𝑚

∙ 0,6 = 52,70

𝑘𝑁

𝑚

𝑀

𝑚𝑎𝑥

=

𝑞𝑙

2

8

=

52,70 ∙ 4

2

8

= 105,40 𝑘𝑁𝑚

𝑅

2

=

𝑞𝑙

2

= 105,40 𝑘𝑁

OKOŁO IPE 300

𝑀

𝑝𝑙,𝑅𝑑,𝑦

=

𝑊

𝑝𝑙,𝑦

∙ 𝑓

𝑦

𝛾

𝑀0

=

628,36 ∙ 235 ∙ 10

−3

1,0

= 147,66[𝑘𝑁𝑚]

𝑀

𝐸𝑑,𝑦

𝑀

𝑝𝑙,𝑅𝑑,𝑦

≤ 1 →

105,40
147,66

< 0,72 → warunek spełniony

SGU

𝑤

𝑚𝑎𝑥

≤ 𝑤

𝑢𝑙𝑡

=

𝑙

200

=

4000

250

= 16𝑚𝑚

𝑤

𝑚𝑎𝑥

=

5(𝐺

𝑘

+𝑄

𝑘

)𝐿

4

384𝐸𝐼

𝑦

=

5 ∙ 39,07 ∙ 4000

4

384 ∙ 210000 ∙ 57 900 000

= 10,71𝑚𝑚 < 16𝑚𝑚

Warunek spełniony.

Przyjęto poprzecznice IPE300

2.3. Kratownica

𝑅

1

= 19,84 𝑘𝑁 - reakcja od rygla

𝑅

2

= 105,40 𝑘𝑁 – reakcja od poprzecznicy

𝑞 = 1,35 ∙ (0,24

𝑘𝑁
𝑚

2

∙ 3,5𝑚 ) = 1,13

𝑘𝑁

𝑚

– 𝑐𝑖ęż𝑎𝑟 𝑜𝑏𝑙𝑢𝑑𝑜𝑤𝑦

𝐹 = 1,13

𝑘𝑁

𝑚

∙ 5,5 𝑚 = 6,22 𝑘𝑁 – 𝑠𝑖ł𝑎 𝑜𝑑 𝑐𝑖ę𝑧𝑎𝑟𝑢 𝑜𝑏𝑢𝑑𝑜𝑤𝑦

Węzły górne pasa kratownicy obciążono siłą R1+F = 26,06 kN

Węzły dolne pasa kratownicy obciążono siłą R2 = 105,40 kN

Maksymalna siła w pasie górnym (454,24kN – siła ściskająca)
Maksymalna siła w pasie dolnym(454,24kN – siła rozciągająca)
Maksymalna siła w słupku (388,90kN)
Maksymalna siła w krzyżulcu (571,54kN)

a) Pas górny

𝐴

𝑝𝑜𝑡𝑟𝑧𝑒𝑏𝑛𝑒

=

𝑁

𝐸𝑑

𝜒𝑓

𝑦

=

454,24 ∙ 1000

0,8 ∙ 235

= 2416 𝑚𝑚

2

Przyjęto IPE 200 (A=2850 mm

2

)

𝑁

𝐸𝑑

𝑁

𝑅𝑑

=

𝑁

𝐸𝑑

𝜒 ∙ 𝐴 ∙ 𝑓

𝑦

𝛾

𝑀0

=

454,24 ∙ 1000

0,8 ∙ 2850 ∙ 235

1,0

= 0,85

b) Pas dolny

𝐴

𝑝𝑜𝑡𝑟𝑧𝑒𝑏𝑛𝑒

=

𝑁

𝐸𝑑

𝑓

𝑦

=

454,24 ∙ 1000

235

= 1933 𝑚𝑚

2

Przyjęto IPE 180 (A=2390 mm

2

)

𝑁

𝐸𝑑

𝑁

𝑅𝑑

=

𝑁

𝐸𝑑

𝐴 ∙ 𝑓

𝑦

𝛾

𝑀0

=

454,24 ∙ 1000

2390 ∙ 235

1,0

= 0,81

c) Słupki

𝐴

𝑝𝑜𝑡𝑟𝑧𝑒𝑏𝑛𝑒

=

𝑁

𝐸𝑑

𝜒𝑓

𝑦

=

388,90 ∙ 1000

0,8 ∙ 235

= 2069 𝑚𝑚

2

Przyjęto RO 159x5 (A=2420 mm

2

)

𝑁

𝐸𝑑

𝑁

𝑅𝑑

=

𝑁

𝐸𝑑

𝜒 ∙ 𝐴 ∙ 𝑓

𝑦

𝛾

𝑀0

=

388,90 ∙ 1000

0,8 ∙ 2420 ∙ 235

1,0

= 0,85

d) Krzyżulce

𝐴

𝑝𝑜𝑡𝑟𝑧𝑒𝑏𝑛𝑒

=

𝑁

𝐸𝑑

𝜒𝑓

𝑦

=

571,54 ∙ 1000

0,8 ∙ 235

= 3040 𝑚𝑚

2

Przyjęto RO 159x8 (A=3390 mm

2

)

𝑁

𝐸𝑑

𝑁

𝑅𝑑

=

𝑁

𝐸𝑑

𝜒 ∙ 𝐴 ∙ 𝑓

𝑦

𝛾

𝑀0

=

571,54 ∙ 1000

0,8 ∙ 3390 ∙ 235

1,0

= 0,90

2.4. Słup

Maksymalna siła występująca na podporze to 650,33kN

Słup podpiera konstrukcję w 2 miejscach, zatem siła pionowa przypadająca na 1 podparcie:

𝑅 =

650,33𝑘𝑁

2

= 325,17𝑘𝑁

Ciężar konstrukcji kratownicy przypadająca na najbardziej wytężony słup:

8 krzyżulców o długości l = 52,16m

𝑚 = 1,35 ∙ 0,3𝑘𝑁/𝑚 ∙ 52,16𝑚 = 21,13𝑘𝑁

8 prętów pasa górnego l = 20,5m

𝑚 = 1,35 ∙ 0,224𝑘𝑁/𝑚 ∙ 20,5𝑚 = 6,20𝑘𝑁

8 prętów pasa dolnego l = 20,5m

𝑚 = 1,35 ∙ 0,188𝑘𝑁/𝑚 ∙ 20,5𝑚 = 5,20𝑘𝑁

8 słupków l = 28m

𝑚 = 1,35 ∙ 0,19𝑘𝑁/𝑚 ∙ 28𝑚 = 7,18𝑘𝑁

Słup podpiera konstrukcję w 2 miejscach, zatem siła pionowa przypadająca na 1 podparcie:

𝑀 =

21,13 + 6,2 + 5,2 + 7,18

2

= 19,86𝑘𝑁

Całkowita siła pionowa

𝑅 = 325,17 + 19,86 = 345,03𝑘𝑁

Słupy przenoszą także obciążenie poziome od parcia wiatru na ściany galerii komunikacyjnej

𝐷 → 𝑊

𝑒

= 0,457

𝑘𝑁
𝑚

2

𝐸 → 𝑊

𝑒

= −0,320

𝑘𝑁
𝑚

2

Parcie:

𝑸

𝟏

= 1,5 ∙ 0,457

𝑘𝑁
𝑚

2

∙ 3,5𝑚 ∙ 20,5𝑚 = 𝟒𝟗, 𝟏𝟖𝒌𝑵

Ssanie

𝑸

𝟐

= 1,5 ∙ 0,320

𝑘𝑁
𝑚

2

∙ 3,5𝑚 ∙ 20,5𝑚 = 𝟑𝟒, 𝟒𝟒𝒌𝑵

Maksymalna siła słupie (397,29kN)
Maksymalna siła w krzyżulcu (98,61kN)

a) Słup

𝐴

𝑝𝑜𝑡𝑟𝑧𝑒𝑏𝑛𝑒

=

𝑁

𝐸𝑑

𝜒𝑓

𝑦

=

397,29 ∙ 1000

0,8 ∙ 235

= 2113 𝑚𝑚

2

Przyjęto IPE 200 (A=2850 mm

2

)

𝑁

𝐸𝑑

𝑁

𝑅𝑑

=

𝑁

𝐸𝑑

𝜒 ∙ 𝐴 ∙ 𝑓

𝑦

𝛾

𝑀0

=

397,29 ∙ 1000

0,8 ∙ 2850 ∙ 235

1,0

= 0,75

b) Krzyżulce i pręty poziome

𝐴

𝑝𝑜𝑡𝑟𝑧𝑒𝑏𝑛𝑒

=

𝑁

𝐸𝑑

𝜒𝑓

𝑦

=

98,61 ∙ 1000

0,8 ∙ 235

= 524,5 𝑚𝑚

2

Przyjęto RO 60.3x4 (A=707 mm

2

)

𝑁

𝐸𝑑

𝑁

𝑅𝑑

=

𝑁

𝐸𝑑

𝜒 ∙ 𝐴 ∙ 𝑓

𝑦

𝛾

𝑀0

=

98,61 ∙ 1000

0,8 ∙ 707 ∙ 235

1,0

= 0,75