Obciążenia występujące w obiektach przemysłowych: 1. ciężary własne elem. konst. oraz elementu stałego wyposażenia obiektu (fundamenty słupy, elementy podtrzymujące stropy, elem izolacyjne i okładzinowe, okna, drzwi, izolacje termiczne, posadzki tynki, akustyczne) 2. obciążenia zmienne:
*obciążenia użytkowe (na poszczególnych stropach, schodach, posadzkach) są określone przez technologa,
*obciążenia śniegiem związane z strefą występowania obiektu, średnie opady atmosferyczne, efekt worków śnieżnych (gdy sąsiadujące dwa obiekty o różnych wysokościach),
* obciążenia wiatrem -w budynkach mieszkalnych często się pomija, ale nie w przemysłowych, szczególnie przy obiektach smukłych i wysokich Cp – zależy od różnicy wysokości hali oraz od wymiarów budynku, rodzaju materiału-chropowatości W przypadku konstrukcji kratowych wież, masztów obciążenie wiatrem będzie większe niż obciążenie na same pręty, suma wszystkich obciążeń na poszczególne pręty zależy od ukształtowania profili (najlepsze profile z rur),
*obciążenie od urządzeń transportowych – wózki widłowe suwnice (podwieszane i natorowe), wyciągi przejezdne – suwnice działają na konstrukcje siłami skupionymi, położenie urządzeń zmienne,
* obciążenie wózkami widłowymi dotyczy posadzek informacje dostarczane przez technologa,
* obciążenie parciem gruntu – nie zawsze występuje, występuje na ściany piwnic, zbiorników podziemnych żelbetowych, zbiorników magazynujących wodę dla zakładów przemysłowych,
* obciążenie parciem cieczy – zbiorniki na wodę, paliwo, gaz,
* obciążenie parciem materiałów sypkich – silosy na cement zarobniki, pojemniki na materiały,
*obciążenie oblodzeniem – dotyczy konstrukcji stojących na otwartej przestrzeni, obiektów wysokich, stalowych konstrukcji,
*obciążenie temperaturą (1atmosferyczne, 2 termiczne związane z produkcja – huty kuźnie chłodnie.
* Obciążenie o charakterze wyjątkowym:
*wywołane mechanizmami sejsmicznymi, wulkany huragany,
* efekty podmycia fundamentu związane z erozja gruntu, woda z procesu technologicznego,
*uderzenia pojazdami – odpowiednie zaprojektowanie ścian,
* wybuchy składowanych materiałów – gazy pyły o odpowiednim stężeniu,
*pożary obiektów przemysłowych – spowodowane wpływami wew
* wpływy technologiczne występujące w obiektach przemysłowych:
*dynamiczne – pochodzące od pracujach maszyn i urządzeń,
*wpływy termiczne od zainstalowanej technologii np. od rur przewodzących sprężoną parę,
* wpływy korozyjne opary kwasów w powietrzu,
* zapylenie – uboczny skutek produkcji w elektrowniach gdzie sa młyny do mielenia węgla na miał cementowy, zapylenie powoduje zwiększenie obciążeń,
* szkody górnicze – wynikają z lokalizacji nad dawnymi wyrobiskami kopalni, możliwość zawalenia kanałów, chodnika, stosować odpowiednie fundamentowania zapobiegające tzw. małym trzęsieniom ziemi
Rozwiązanie konstrukcji hal przemysłowych :
* zależne od wymiarów konstrukcji poszczególnych kondygnacji,
* od ilości słupów i ich rozstawu,
* pomieszczenie na materiały
* im większe rozpiętości obiektów tym wiekasza funkcjonalność, ale i większy koszt,
* warstwy modularne (sytuacje wyjątkowe 5,0 i 6,50)
* parametry wpływające na wysokość pomieszczenia hali: wysokość urządzeń znajdujących się w hali, minimalna wysokość podnoszenia suwnicy hmin, nośność suwnicy i jej gabaryty,
* warunki gruntowo wodne – od rodzaju podłoża zależy czy będziemy podpiwniczać hale od poziomów wód gruntowych, można wykonać szczelna wannę żelbetową,
* nośność podłoża, jeśli podłoże nie przenosi obciążeń to wymienimy podłoże gruntowe pod całym fundamentem, jeżeli warstwa gruntu jest mała, wzmocnienie podłoża przez stosowanie kolumn piaskowych, żwirowych, lub zaczynem cementowym,
posadowienie pośrednie: pale studnie ściany szczelinowe
kryteria doboru konstrukcji :
* dobre warunki gruntowe, obiekty o znacznej wysokości – 20-30m rozwiązujemy jako układ sztywny,
* podłoże gruntowe nie najkorzystniejsze obszary szkód górniczych, układy 3przegobowe,
* w układach statycznie wyznaczalnych osiadanie 1 podpory nie powoduje stanu awaryjnego a tylko deformacje konstrukcji
system budownictwa przemysłowego P-70: służy do kształtowania hal z gotowych prefabrykowanych elem,
*jest systemem prefabrykowanym, w którym głównymi elem sa elem żelbetowe i elem sprężone,
* system ten umożliwia tworzenie hal przemysłowych o nast. Siatkach slupów (12x12, 12x15 12x18 12x21 12x24 i 6x6 6x9 6x12 6x15 6x18 6x21 6x24),
* wyróżniamy elem: płyty dachowe (pachwinowe płaskie, łupinowe , standardowe pod świetliki, wzdłuż okapu- niektóre maja żebra usztywniające lub świetliki dachowe),
dźwigary dachowe (strunobetonowe- w zakładzie prefabrykacji sprężane do formy wprowadzone struny: naciągnięte zabetonowanie szybkie dojrzewanie obcięcie strun sprężenie,
kablobetonowe o rozpiętości 18,0 21,0 24,0 – pracują w 2 etapach: sam, po zabetonowaniu
-slupy projektowane indywidualnie : w nawach bez transportu b = 30,40,50cm h =
30,40,50,60,70,80 oś systemowa 15 cm od krawędzi zew
Systemy doświetlenia :
* świetliki – lekkie konstrukcje stalowe zaizolowane płytą warstwową, prześwietlone powierzchnie boczne, konieczność mycia świetlików, na wysokości większej od 6m jest obowiązek szklenia szkłem zbrojonym lub z poliwęglanu,
* świetliki gąsienicowe, kalenicowy – trójkątny
Usztywnienia poprzeczne :
*sztywność poprzeczną zapewniają słupy utwierdzone w fundamentach i połączone z dźwigarami, sztywność poprzeczna zapewniają ramy,
*sztywna tarcza pozioma stropu, siły poziome przenoszone sa na ściany szczytowe które przekazują obciążenia z kondygnacji na kondygnacje do fundamentów, słupy zamocowane przegubowo,
* sztywne tarcze, wewnętrzne słupy przegubowe, ściany szczytowe w formie ramy,
*stężenia w ścianach szczytowych w kształcie krzyży,
usztywnienia podłużne :
* rygle podłużne i poprzeczne połączone ze słupami (rama przestrzenna) każdy słup jest elem usztywnienia,
*skrajne tarcze które przejmują obciążenie gdy budynek jest wielokondygnacyjny to tarcze przez wszystkie kondygnacje,
*ramy w miejscu czarnych pul,
* wykonanie stężeń w skrajnych polach; usztywnienie budynków halowych: ramy poprzeczne, w ścianach szczytowych wiatrownica-sterzenie wiatrowe na wysokości ok. 2/3 gdy jest duża pow ściany szczytowej , ściany szczytowe
Suwnice: - przenoszenie ładunku na obiektach przemysłowych:
* suwnice natorowe: jednodziwgarowe każda suwnica wyposażona w 3 niezależne napędy, ruch suwnic w wzdłuż, wyciągarka porusza się w poprzek, podnoszenie haka suwnicy, belka główna jest najczęściej elem dwuteowym,
*suwnice podwieszane – zajmują mniej miejsca, mała nośność – dźwigar musi mieć większą nośność, wysoko podwieszana ,
* suwnica konsolowa – stosuje się gdy mamy podział hali na 2 strefy (różne procesy technologiczne) , pozwalają na obsługiwanie jednego stanowiska pracy niezależnie od całej hali, wada przekazywania obciążeń poziomych – musza być stosowane slupy o dużej wytrzymałości,
*suwnica bramowa – obsługuje prace składowe na wolnej przestrzeni, nie wymagają slupów i belek podsuwnicowych ale trzeba wykorzystać belki fundamentowe, pomiędzy szynami przestrzeń wypełniana tłuczniem który umożliwia przejazd pojazdów przez szyny,
*żurawie słupowe i przyścienne – do obsługi 1 stanowiska pracy, maja własny słup lub sa mocowane do słupa hali, wymagają bardzo masywnych fundamentów aby nie dochodziło do odrywania fundamentu (rozkład naprężeń pod podstawa mniejszy od 0) zakres pracy prawie 360 stopni,
*wciągniki łańcuchowe (już nie stosowane) i linowe (częściej stosowane) wyciągarka mocowana na belkę 2 teowa ładunek przenoszony wzdłuż toru belki, przyjeżdżają ze stanowiska na stanowisko
Obciążenia wywołane przez suwnice natorowe:
-suwnice przekazują obciążenia w miejscach w których stykają się z konstrukcja Rmax – katalogowa siła nacisku suwnicy na szynę toru jezdnego, Rmin nie jest podawana przez producentów bo nie jest potrzebna V=Rmax*B*gammaf
B - współczynnik dynamiczny zależny od typu suwnicy grupy natężenia pracy analizowanego elm B=1,0-1,4 ,
gamma f współczynnik obciążenie od 1,1-1,2 zależy od grupy natężenia pracy, intensywność wykorzystania suwnicy, częstotliwość wykorzystania max nośności obciążenia poziome
*prostopadle do toru gdy nie równe przesuwanie mostu suwnicy , obciążenia dodatkowo przekazywane przez dowolne koło suwnicy , gdy podnoszenie ładunku odbywa się nie osiowo
* równolegle do toru gdy most suwnicy zaczyna swój ruch lub hamuje, działanie sił
poziomych jest rozdzielne albo występuje równolegle albo prostopadle
*wiatrem :
*stan roboczy – suwnica pracuje na estakadzie i jest narażona na działanie wiatru Wr=c*qr*A
c - współczynnik aerodynamiczny zależny od smukłości proporcji elm na które działa reakcja, kształtu przekroju c=od 0,6-2,2 qr- obciążenie wiatrem , A – pole pow na która działa wiatr,
*stan spoczynku – wiatr działa tylko na most suwnicy, suwnica nie pracuje Ws=C*Ce*Ct*B*qs*A
C-wspolczynnik aerodynamiczny
qs-cisnienie wiatrem
A- pole pow
Ce-wspolczynnik ekspozycji, zależy od ukształtowania terenu,
Kategorie terenu:
A-teren odkryty z nielicznymi przeszkodami, B-teren zamknięty mniejszy od 10 m, C- teren zamknięty do 30 m
Ct-wspolczynnik czasu pracy suwnicy – określa się przewidując w latach okres użytkowania obiektu 20 lat 0,9 strefa druga 0,85 strefa 3, B – współczynnik dynamicznych porywów wiatru B=2,0
Konstrukcje i obliczenia belek podsuwnicowych: belki żelbetowe, belki strunobetonowe lub kablobetonowe – rozpiętość 12 m (typowe),
belki stalowe – lepiej znosi obciążenia dynamiczne, wadą jest niska odporność na czynniki korozyjne, celem tych belek:poszerzenie górnego pasa , nadanie większej sztywności ,dynamiczne przemieszczenie poziomych, dociążenie pionowe przenosi cały przekrój belki , dociążenie pionowe przenosi zakreskowane pole .
układy z tężnikiem kratowym –schematy statyczne belek podsuwnicowych , belka wolno podparta ,belka dwuprzęsłowa ,belka ciągła
belka dwuprzęsłowa: mniej styków montażowych , dodatkowe łączniki ,dociążenia w jednym przęśle przenoszone są też przez przęsło sąsiednie ,ugięcia są o 30%
mniejsze od belek wolnopodpartych ,momentów musimy szukać w dwóch przekrojach M=P*l*(n1+n2)
belki ciągłe :cała belka bierze udział w przejmowaniu obciążeń w najbardziej skrajnym obszarze , dlatego czasami wzmacnia się skrajne przęsła, belki te wymagają wykonania styków montażowych, najmniejsze zużycie materiału, warunki nośności dla belek podsuwnicowych : sprawdzane są w określonych punktach Mx, My-max moment zginający od obciążenia (Wx1=Ix/y1 , Wx2=Ix/y2) – wskaźniki wytrzymałości w płaszczyźnie poziomej Wy1=Iypg/(b/2);
Mx/(rol*Wx1)+My/Wy1<fd Mx/(rol*Wx1)+N/(A1*roy1)<fd Mx/(rol*Wx2)<fd Gdzie
rol-współczynnik zwichrzenia informujący o wrażliwości belki na tzw. utratę płaskiej postaci zginania ;
N- siła równoległa do osi belki ,
A1- pole przekroju górnej części belki ,
roy1- współczynnik niestateczności górnego pasa przy osiowym ściskaniu 1. Ugięcia belek podsuwnicowych: -wolnopodparta:
ugięcia pionowe fxmax=(Pv*l3)/(48EIx);
przemieszczenia poziome fymax=(H*l3)/(48EIy*p*g);
-dwuprzęsłowe fmax=P*η*l3/EI gdy druga siła w tym samym przęśle fmax=P*(η1+η2)*l3/EI;
-ciągle fmax= P*(η1+η2)*l3/EI gdy druga suwnica fmax= P*(η1+η2)*l3/EI+
P2*(η3+η4)*l3/EI;
Dopuszczalne ugięcia belek podsuwnicowych:
-ugięcia pionowe:
belki suwnic sterowane ręcznie oraz belki wciągników fxmax<=l/400; belki suwnic o udźwigu do 50 Mg (500kN) fxmax<=l/500;
belki suwnic o udźwigu ponad 50Mg fxmax<=l/600;
-ugięcia poziome:
belki suwnic sterowanych ręcznie i suwnic podwieszanych fymax<=l/600; belki suwnic(pozostałe przypadki 90%) fymax<=l/1000;
-przemieszczenia poziome podpór: dla estakad oraz hal o budowie wrażliwej na pękania fy<=h/500; dla hal o budowie niewrażliwej fy<=h/300 ∆l<=20mm –różnica względna przemieszczeń poziomych dwóch belek na jednej estakadzie Wymagania: -obudowa żelbetowa –obudowa z kaset wypełniona wełną mineralną; dla ugięć pionowych: fmax=P*(η1+η2)*l3/EI<=l/500; Ix>=(500P(η1+η2)*l2)/E; fymax=H*η*l3/(Eiy*p*g)<=l/1000; Iy*p*g>=1000Hηl2/E; 2. Kształtowanie i obliczanie słupów estakad podsuwnicowych: a)żelbetowe: -pełnościenne prostokątne bmin=30cm zalecane 40cm w przypadku konstrukcji na wolnym powietrzu hmin=50cm i skok co 10cm;
-dwuteowe przekroje: występują gdy wysoki estakady b>=25cm i h>=80cm
-ażurowe: o gałęziach równoległych (trudne wykonanie) b>=40cm i h>=70cm max wytężenie w miejscu osadzenia słupa w fundamencie
o gałęziach nierównoległych (zbieżnych), poszerzanie słupa powoduje mniejsze siły i naprężenia H*h=V1*a
b)stalowe: pełnościenne dwuteowe, skratowane (symetryczne o stałym lub zbieżnym przekroju i niesymetryczne)
Obliczanie obciążenia przypadającego na słupy osobno liczymy w płaszczyźnie prostopadłej do toru suwnicy, w płaszczyźnie równoległej do toru (inaczej traktowane słupy żelbetowe i stalowe); -żelbetowe
-stalowe: stosuje się układy stężeń do wys. estakady w płaszczyźnie równoległej do toru – przemieszczenie sił poziomych za pomocą ukł. stężeń; pierwsze stężenie L<=50m, 2 stężenie L>50m; cięgna pracują na rozciąganie.
3.Przenośniki taśmowe.
Służą do podawania materiałów z dołu na wyższą kondygnację lub do transportu materiałów sypkich; bęben końcowy D=125 do 2500mm, prędkość przesuwu v=0,1
do 10m/s; Ilość transportowanego materiału (objętość) od 10 do 40 tys. m3/h; α- do kilkunastu stopni; zależą od kąta wewnętrznego transp. materiału; taśma musi być cały czas napięta
Konstrukcje wsporcze mają własne elem. konstrukcyjne (gdy rozpiętość >20m); wzdłuż przenośników wymagane co najmniej 1 przejście; przejście komunikacyjne (gdy konstr. wykorzystywana jako przejście między budynkami) Ek>=1000mm (min szerokość); przejście obsługiwane Eo>=750mm; przejście naprawcze En>=500mm; gdy wysokość 1900mm to nad przejściem muszą być pomalowane kolorowe pasy ostrzegawcze; lokalnie 500mm –można zmniejszyć szerokości Ek i Eo do tej wartości;
konstrukcje wsporcze wykorzystywane jako konstr. stalowe, powłokowe; -konstr.
prętowe (kratownice): ukł. jednoprzęsłowy (kątowniki zabezpieczające człowieka przed wpadnięciem pod przenośnik, kratka pomostowa ażurowa, górny i dolny pas dwuteowników i skratowanie poprzeczne); ukł. wieloprzęsłowe
a) murowane H<=100m;
b) żelbetowe H<=300m (jednoprzewodowe lub wieloprzewodowe); c) stalowe (różnorodność ukształtowania) H od 20 do 250m:
- wspornikowe H<=100m,
- z odciągami (z reguły duże wysokości, niewielkie średnice) liny kotwione do tych samych lub oddzielnych fundamentów, znaczne pogorszenie warunków użytkowych wokół komina H<=100m średnice <1,5m;
-na trójnogu H<=80m;
-w wieży kratowej
Obliczenia technologiczne pozwalają określić wys. komina (ze wzgl. na stan zanieczyszczenia środowiska, czy istnieją już jakieś kominy, w zależności od rodzaju spalin); średnice komina zależą od ilości produkowanych spalin; wentylatory spalin zwiększają prędkość przepływu gazów; elektrofiltry chemicznie oczyszczają spaliny; PN-88/B-03004 Kominy murowane i żelbetowe. Obliczanie statyczne i projektowanie.;
obowiązek stos. izol. i wykładziny gdy temp. gazów >150st.C; trzony mogą być murowane z cegły kominówki lub zwykłej, albo żelbetowe (beton zbrojony) monolityczne wykonywane metodą ślizgową na placu budowy ( grubość ściany komina min 16cm).
Grubość ściany komina zależy od jego średnicy:
-murowane: Dz<=2m (gmin=20cm), Dz od 2 do 3,5m (gmin=25cm), Dz od 3,5 do 5
(gmin=30cm), Dz od 5 do 7,5 gmin=35cm;
-żelbetowe: Dz<=2m (gmin=16cm), Dz od 2 do 5 (gmin=18cm), Dz>5m (gmin=20cm).
Warstwa izol. termicznej (z materiału o niskim współczynniku przewodności cieplnej):
-wełna żużlowa (szara i biała- najniższy współ. przew. cieplnej, najlepsze)
–wata szklana;
Izol. term. gmin=6cm; grubość jest stała w poszczególnych segmentach zmienia się z przejścia z segmentu na segment (jest coraz większa w segmentach dolnych); Izol. ze wzgl. na: -niska odporność zewnętrznego płaszcza na wys. różnice temperatur efektem są zarysowania i pęknięcia dlatego stos. są stalowe obręcze które spinają kominy (co 1,5 do 2m)
Wykładzina wykonywana z:
-c. zwykła 12cm –c. kominowa 10, 15cm
–c. szamotowa 12cm (tw>=350stC); i=0 do 5%;
a)murowane i=const lub i=1 do 3% dla kominów o dużych średnicach wylotu i niższych, 3% dla kominów o mniejszych śr. wylotu i wyższych.
b)żelbetowe: i=0 niskie obiekty do 100m, małe średnice; i=1% kominy do 200m Obciążenie kominów wiatrem:
Pk=qk*ce*cx*β*γd [kPa];
qk-charakt. ciśnienie prędkości wiatru dla danej strefy zwiększone o 20%; dla I strefy qk=1,2*0,25=0,3kPa dla II strefy qk=1,2*0,35=0,42kPa;
ce- współ. ekspozycji zależy od sposobu ukształt. terenu wokół komina, dla terenu kat. A (nieodkryty z nielicznymi przeszkodami) ce=1,0 dla z od 0 do 10m; cx- współ. oporów aerodynamicznych zależy od smukłości obiektu λ=H/Dśr i od kształtu przekroju, głębokości powierzchni zewnętrznej. Dśr=F/H;
-dla żelbetu cx=0,7(1-0,25log25*Dśr/H)
-dla murowanych cx=0,9(1-0,25log25*Dśr/H), H/Dśr<=25;
-dla innych przekrojów cx=k*C∞; k=0,26-0,38log(Dśr/2H);
C∞- zależy od kształtu przekroju i kier. działania wiatru; β- współ. dynamicznych porywów wiateru=2 dla H<=100m;
γd- współ. (ujmujący wpływy) założeń modelowych γd=1,35 dla H<=100m, γd=1,30
dla H od 100 do 250m, γd=1,25 dla H>250
ymax<=H/400 (murowane),
ymax<=H/200 (żelbetowe),
ymax=q*Ho4/4EIo;
Ho- wys. komina ponad fundamentem (żelbetowe, murowane- od cokołu), EIo- moduł sprężystości materiału; B25- min klasa betonu dla komina; Io –moment bezwł. komina w miejscu połączenia z fundamentem a) I(z)=Io=const to ymax= q*Ho4/8EIo;
b) I(z)=Io(1-z/Ho) to ymax= q*Ho4/6EIo;
c) I(z)=Io(1-z/Ho)2 to ymax= q*Ho4/4EIo;
Inne czynniki powodujące wychylenie wierzchołka: obrót fundamentu, niesymetryczne nasłonecznienie, niedoskonałości wykonania, niesymetryczny przebieg korozji płaszcza;
Powstawanie momentów II rzędu α=Ho*pierw(No/EIo)<=0,35 obiekt nie jest podatny na wpływy II rzędu,
gdy α>0,35 to M”=α*α*f(z)*Mo’ ; f(z)=0,55(1+2z/Ho)(1-z/Ho)2; Mo’ to moment zginający 1 rzędu w poziomie połączenia komina z fundamentem Mc=M’+M”.
Posadowienie komina. hmin=2m, ΣFcz≅1,25 Fwyl, h/b≅1,4, Df- średnica fundamentu Df=(od 1/8 do 1/5)Ho; hf=(od 1/12 do 1/8)*Df
Kształt płyty fundamentowej komina: -kołowy (najmniejsze zużycie materiału, najlepiej rozłożone naprężenia) wymagane przy H>70m;
Fundament komina musi spełniać:
a)stadium eksploatacji (bierzemy pod uwagę wszystkie elementy; naprężenie występujące pod podstawą komina σmax/σmin <= 5; σo=N/F; σM=M/W; σmax=σN+σM; σmin=σN-σM (rys)
b) stadium remontowe (obciążenie pionowe od płaszcza, cokołu i płyty) σmin*>=0
(by nie wystąpiło oderwanie płyty); σN*=Nmin/F; σM=M/W; σmax=σN*-σM; σmin=σN*-σM
c) warunek nośności podłoża gruntowego wg. PN-81/B03020;
a) i b) sprawdzane dla obc. charakt. c) dla obciążeń obliczeniowych.
Obliczenie zbrojenia w płycie fund. :
-obc. symetryczne Po=N/F; Mvs- mom. promieniowy; Mts-mom.styczny; R/a od 1,6
do 3,5;
-obc. antysymetryczne Po=M/W