Ćwiczenie projektowe z konstrukcji metalowych.

Temat nr 32. Projekt hali przemysłowej.

1. Projekt wstępny.

Założenia techniczno-ekonomiczne obejmujące:

• schematyczne rysunki dwóch wariantów konstrukcji hali (rzut konstrukcji dachu i podtorza, widoki ścian, przekrój poprzeczny oraz elewacje) w skali 1:200, 1:100,

• obliczenia wstępne podstawowych elementów konstrukcyjnych dla obu wariantów (rama poprzeczna, płatwie, rygle, rygle i słupki ścienne, belka podsuwnicowa oraz stężenia) - w jednym wariancie można dobrać elementy z typowych systemów hal stalowych,

• krótki opis obu wariantów konstrukcyjnych.

1. Dane ogólne.

• lokalizacja hali: Dzierżoniów

• długość hali: 190,0 m (około)

• rozpiętość modułowa ramy: 24,0 m

• ilość dylatacji: jedna w środku długości hali (wstępnie przyjęto szerokość dylatacji 2000 mm)

• udźwig suwnicy: 160 kN

• poziom główki szyny: 8,80 m

• pokrycie; lekkie ocieplone

1. Założenia.

1. Wariant pierwszy.

• rozstaw słupów głównych (rozstaw ram): 7,90 m

• maksymalny nacisk koła: N_MAX=167 kN

• grupa natężenia pracy: A4

• wysokość hali (wstępnie): 14,2 m

• rama hali z ryglem kratownicowym (kratownica płaska z prostym pasem dolnym)

• nachylenie dachu (wstępnie): 20 %

• płatwie: ażurowe podwyższone z dwuteowników szerokostopowych HEB 140

• stężenia: poziome - poprzeczne i podłużne - w płaszczyźnie pasa górnego przekroju ramy, pionowe - w płaszczyźnie ścian podłużnych

• belka podsuwnicowa: IKS-900-4

• obudowa ścienna: płyty warstwowe ALAMENTTI 150 z rdzeniem z wełny mineralnej produkowane przez Metalplast Oborniki

• obudowa dachowa: PW8/B-U2 płyty warstwowe z rdzeniem poliuretanowym o grubości 80 mm i masie 13,6 kg/m² produkowane przez Metalplast Oborniki

1. Wariant drugi.

• rozstaw słupów głównych (rozstaw ram): 12,0 m

• rozstaw słupów pośrednich: 6,0 m

• pozostałe parametry jak dla wariantu pierwszego

1. Wariant pierwszy - rozstaw ram 7,90 m.

1. Pokrycie dachowe - obudowa z płyt warstwowych PW8/B.

Wstępnie przyjęto rozstaw płatwii d=2,5 m


Pochylenie połaci wynosi 20 % ≅11,3°

g_x=g⋅sinα=0,19595⋅g


g_y=g⋅cosα=0,98061⋅g

d=2,40 m

2. Zestawienie obciążeń.

1. Obciążenie śniegiem (PN-80/B-02010).

Lokalizacja: Dzierżoniów - IV strefa obciążenia śniegiem.

S_k=Q_k⋅C



g_k=0,5 m (charakterystyczną grubość pokrywy śnieżnej przyjęto dla strefy IV z zakresu 0,37÷2,50 m)

Q_k=1,225 kN/m²

C₁=C₂=0,8

S_k=0,98 kN/m²

S=S_k⋅γ_f

γ_f=1,4

S=1,372 kN/m²

2. Obciążenie wiatrem (PN-77/B-02011).

Lokalizacja: Dzierżoniów - III strefa obciążenia wiatrem.

p_k=q_k⋅C_e⋅C⋅β

V_k=36 m/s (charakterystyczną prędkość wiatru przyjęto dla strefy III z zakresu 24÷47 m/s)

q_k=250+0,5⋅289=394,5 > 350 Pa, q_k=0,3945 kN/m²

C_e=2,60= (rodzaj terenu A, H=z≅289 m n.p.m., H/L=289/190=1,521<2, C_e(z)=constans)

Okres drgań własnych




Logarytmiczny dekrement tłumienia

Δ=0,06+0,02=0,08

Hala zalicza się do budowli niepodatnych na dynamiczne działanie wiatru (grupa B)

β=1,8

Ustalenie współczynnika aerodynamicznego

• połać nawietrzna

α=11,3° < 20°, h/L=11,7/190=0,0616 < 2

C_z=0,0

• połać zawietrzna

α=11,3° < 20°, h/L=11,7/190=0,0616 < 2

C_z=-0,9

p_{k nawietrzna}=0,3945⋅2,6⋅1,8⋅0,0=0,0 kN/m²

p_{k zawietrzna}=0,3945⋅2,6⋅1,8⋅(-0,9)=-1,662 kN/m²

p=p_k⋅γ_f

γ_f=1,3

p_nawietrzna=0,0⋅1,3=0,0 kN/m²

p_zawietrzna=-1,662⋅1,3=-2,161 kN/m²

Rzut na kierunek pionowy i poziomy:

1. Ciężar własny płyt dachowych.

przyjęto pokrycie płytami PW8/B-U2 wg katalogu „metalplast Oborniki”

PW8/B-U2 to płyty warstwowe z rdzeniem poliuretanowym o grubości 80 mm i masie 13,6 kg/m²

g_k=13,6⋅9,81=0,133 kN/m²

g_oMAX=γ_f⋅g_k=1,1⋅0,133=0,147 kN/m²

g_oMIN=γ_f⋅g_k=0,9⋅0,133=0,120 kN/m²

2. Obciążenie łączne.

• Obciążenie śniegiem normalne do powierzchni płyty dachowej

S_⊥=S⋅cosα=1,372⋅cos11,3°=1,345 kN/m²

• Obciążenie śniegiem styczne do powierzchni płyty dachowej

S_||=S⋅sinα=1,372⋅sin11,3°=0,269 kN/m²

• Obciążenie ciężarem własnym płyt normalne do powierzchni płyty dachowej

g_{o ⊥ MAX}= g_{o MAX}⋅cosα=0,147⋅cos11,3°=0,144 kN/m²

g_{o ⊥ MIN}= g_{o MIN}⋅cosα=0,120⋅cos11,3°=0,118 kN/m²

• Obciążenie ciężarem własnym płyt styczne do powierzchni płyty dachowej

g_{o || MAX}= g_{o MAX}⋅sinα=0,147⋅sin11,3°=0,029 kN/m²

g_{o || MIN}= g_{o MIN}⋅sinα=0,120⋅sin11,3°=0,024 kN/m²

• Maksymalne obciążenie dla połaci nawietrznej

S_⊥+ p_nawietrzna+ g_{o ⊥ MAX}=1,489 kN/m²

• Maksymalne obciążenie dla połaci zawietrznej

S_⊥+ p_zawietrzna+ g_{o ⊥ MAX}=-0,672 kN/m²

1. Wytrzymałość płyt dachowych.

Zgodnie z katalogiem producenta płyt spółki „metalplast Oborniki” dopuszczalna wartość obciążenia śniegiem przekryć z płyt PW8/B-U2 dla grubości 80 mm i rozpiętości przęsła 3,0 m wynosi 1,40 kN/m². Do niniejszego projektu załączony jest komplet informacji dotyczący płyt PW8/B (załącznik 1).

1. Wymiarowanie płatwii.

Przyjęto płatwie ażurowe podwyższone z dwuteowników szerokostopowych HEB 140 o masie 33,9 kg/m i długości a=7,90 m (wszystkie parametry podano w załączniku nr 1)

Obciążenia normalne do płaszczyzny połaci dachu (płatew zbiera obciążenia z rozpiętości 2,447 m)
Obciążenie i obliczenia pomocnicze	Wartość charakterystyczna obciążenia qk ⊥	Współczynnik obciążenia γf		Wartość obliczeniowa obciążenia qo ⊥
				max	min	max	min
	kN/m			kN/m	kN/m
I	II	III	IV	V	VI
1. Obciążenie śniegiem S⊥ zgodnie z 1.3.2.4 0,961⋅2,447	2,352	1,4	1,4	3,292	3,292
2. Obciążenie wiatrem pnawietrzna zgodnie z 1.3.2.2 0,0⋅2,447	0,000	1,3	1,3	0,000	0,000
3. Obciążenie wiatrem pzawietrzna zgodnie z 1.3.2.2 -1,662⋅2,447	-4,067	1,3	1,3	-5,287	-5,287
4. Obciążenie ciężarem własnym płyt PW8/B-U2 gPW8/B ⊥ zgodnie z 1.3.2.4 0,133⋅cos11,3°⋅2,447	0,319	1,2	0,9	0,383	0,287
5. Ciężar własny płatwii HEB 140 ażurowe podwyższone gPłatwii ⊥ 33,9⋅9,81⋅10^-3⋅cos11,3°	0,326	1,1	0,9	0,359	0,293
na połaci nawietrznej S⊥+ pnawietrzna+ gPW8/B ⊥+ gPłatwii ⊥ RAZEM:	2,997	-	-	4,034	3,872
na połaci zawietrznej S⊥+ pzawietrzna+ gPW8/B ⊥+ gPłatwii ⊥ RAZEM:	-1,070	-	-	-1,253	-1,415

Obciążenia styczne do płaszczyzny połaci dachu (płatew zbiera obciążenia z rozpiętości 2,447 m)
Obciążenie i obliczenia pomocnicze	Wartość charakterystyczna obciążenia qk ||	Współczynnik obciążenia γf		Wartość obliczeniowa obciążenia qo ||
				max	min	max	min
	kN/m			kN/m	kN/m
I	II	III	IV	V	VI
1. Obciążenie śniegiem S|| zgodnie z 1.3.2.4 0,192⋅2,447	0,470	1,4	1,4	0,658	0,658
2. Obciążenie ciężarem własnym płyt PW8/B-U2 gPW8/B || zgodnie z 1.3.2.4 0,133⋅sin11,3°⋅2,447	0,064	1,2	0,9	0,077	0,057
3. Ciężar własny płatwii HEB 140 ażurowe podwyższone gPłatwii || 33,9⋅9,81⋅10^-3⋅sin11,3°	0,065	1,1	0,9	0,072	0,059
S||+gPW8/B ||+gPłatwii || RAZEM:	0,599	-	-	0,807	0,774







α_p=1,0

φ_L=1,0

stal St3SY

t<16 mm

f_d=215 MPa

W_x=520 cm³

W_y=78,5 cm³







I_x=7803 cm⁴

I_y=549,5 cm⁴




l=7,90 m

E=205 GPa

f_dop=0,0395 m










Przyjęto jako płatew belkę ażurową podwyższoną z dwuteownika szerokostopowego HEB 140

2. Sprawdzenie rygli ścian wzdłużnych hali.

przyjęto wstępnie 2 [ 140 p

przyjęto, że rygle są zabezpieczone przed zwichrzeniem

Q_x - obciążenie wiatrem


Q_y - ciężar pokrycia i własny

1. Obciążenie wiatrem.

H/L=289/190=1,521<2

B/L=24/190=0,126<1

p_{k nawietrzna}= 0,3945⋅2,6⋅1,8⋅0,7=1,292 kN/m²

p_{k zawietrzna}= 0,3945⋅2,6⋅1,8⋅(-0,4)=-0,739 kN/m²

2. 
   Ciężar pokrycia.

Przyjęto obudowę ścian z płyt warstwowych metalplast ALAMENTTI 150 z rdzeniem z wełny mineralnej. Do niniejszego projektu załączony jest komplet informacji dotyczący płyt ALAMENTTI (załącznik 1). Masa płyt ALAMENTTI o grubości 150^±2 mm wynosi 33,2 kg/m².

g_{k ALAMENTTI}=33,2⋅9,81⋅10^-3=0,326 kN/m²

3. Ciężar własny rygla.

2 [ 140 p

m=2⋅15,1=30,2 kg/m

I_x=1170 cm⁴

I_y=792 cm⁴

W_x=167 cm³

W_y=132 cm³

Ciężar pokrycia i własny rygla Qy (rygiel zbiera obciążenia z rozpiętości 1,2 m)
Obciążenie i obliczenia pomocnicze	Wartość charakterystyczna obciążenia Qy k	Współczynnik obciążenia γf		Wartość obliczeniowa obciążenia Qy o
				max	min	max	min
	kN/m			kN/m	kN/m
I	II	III	IV	V	VI
1. Obciążenie ciężarem własnym płyt ALAMENTTI 150 gk ALAMENTTI zgodnie z 1.3.4.2 0,326⋅1,2	0,391	1,2	0,9	0,469	0,352
2. Ciężar własny rygla 2 [ 140 p gRygla 30,2⋅9,81⋅10^-^3	0,296	1,1	0,9	0,326	0,267
gk ALAMENTTI + gRygla RAZEM:	0,687	-	-	0,795	0,619

Obciążenie wiatrem rygla Qx (rygiel zbiera obciążenia z rozpiętości 1,2 m)
Obciążenie i obliczenia pomocnicze	Wartość charakterystyczna obciążenia Qx k	Współczynnik obciążenia γf		Wartość obliczeniowa obciążenia Qx o
				max	min	max	min
	kN/m			kN/m	kN/m
I	II	III	IV	V	VI
1. Obciążenie wiatrem pk nawietrzna zgodnie z 1.3.4.1 1,292⋅1,2	1,550	1,3	1,3	2,015	2,015
2. Obciążenie wiatrem pk zawietrzna zgodnie z 1.3.4.1 -0,739⋅1,2	-0,887	1,3	1,3	-1,153	-1,153
pk nawietrzna RAZEM:	1,550	-	-	2,015	2,015
pk zawietrzna RAZEM:	-0,887	-	-	-1,153	-1,153







α_p=1,0

φ_L=1,0

stal St3SY

t<16 mm

f_d=215 MPa










l=7,90 m

E=205 GPa

f_dop=0,0527 m










Przyjęto jako rygiel belkę z 2 [ 140 p

3. Sprawdzenie rygli ścian szczytowych hali.

przyjęto wstępnie 2 [ 80 p

przyjęto, że rygle są zabezpieczone przed zwichrzeniem

Q_x - obciążenie wiatrem


Q_y - ciężar pokrycia i własny

1. Obciążenie wiatrem.

H/L=289/190=1,521<2

B/L=24/190=0,126<1

p_{k nawietrzna}= 0,3945⋅2,6⋅1,8⋅(-0,7)=-1,292 kN/m²

p_{k zawietrzna}= 0,3945⋅2,6⋅1,8⋅(-0,7)=-1,292 kN/m²

2. 
   Ciężar pokrycia.

Przyjęto obudowę ścian z płyt warstwowych metalplast ALAMENTTI 150 z rdzeniem z wełny mineralnej. Do niniejszego projektu załączony jest komplet informacji dotyczący płyt ALAMENTTI (załącznik 1). Masa płyt ALAMENTTI o grubości 150^±2 mm wynosi 33,2 kg/m².

g_{k ALAMENTTI}=33,2⋅9,81⋅10^-3=0,326 kN/m²

3. Ciężar własny rygla.

2 [ 80 p

m=2⋅8,14=16,28 kg/m

I_x=206 cm⁴

I_y=225 cm⁴

W_x=51,2 cm³

W_y=50,0 cm³

Ciężar pokrycia i własny rygla Qy (rygiel zbiera obciążenia z rozpiętości 1,2 m)
Obciążenie i obliczenia pomocnicze	Wartość charakterystyczna obciążenia Qy k	Współczynnik obciążenia γf		Wartość obliczeniowa obciążenia Qy o
				max	min	max	min
	kN/m			kN/m	kN/m
I	II	III	IV	V	VI
1. Obciążenie ciężarem własnym płyt ALAMENTTI 150 gk ALAMENTTI zgodnie z 1.3.5.2 0,326⋅1,2	0,391	1,2	0,9	0,469	0,352
2. Ciężar własny rygla 2 [ 80 p gRygla 16,28⋅9,81⋅10^-3	0,160	1,1	0,9	0,176	0,144
gk ALAMENTTI + gRygla RAZEM:	0,551	-	-	0,645	0,496

Obciążenie wiatrem rygla Qx (rygiel zbiera obciążenia z rozpiętości 1,2 m)
Obciążenie i obliczenia pomocnicze	Wartość charakterystyczna obciążenia Qx k	Współczynnik obciążenia γf		Wartość obliczeniowa obciążenia Qx o
				max	min	max	min
	kN/m			kN/m	kN/m
I	II	III	IV	V	VI
1. Obciążenie wiatrem pk nawietrzna zgodnie z 1.3.5.1 -1,292⋅1,2	-1,550	1,3	1,3	-2,015	-2,015
2. Obciążenie wiatrem pk zawietrzna zgodnie z 1.3.5.1 -1,292⋅1,2	-1,550	1,3	1,3	-2,015	-2,015
pk nawietrzna RAZEM:	-1,550	-	-	-2,015	-2,015
pk zawietrzna RAZEM:	-1,550	-	-	-2,015	-2,015







α_p=1,0

φ_L=1,0

stal St3SY

t<16 mm

f_d=215 MPa










l=4,80 m

E=205 GPa

f_dop=0,0320 m










Przyjęto jako rygiel belkę z 2 [ 80 p

4. Sprawdzenie stężeń.







(przyjęto generalnie stężenia z rur stalowych bez szwu wg PN-80/H-74219)

1. 
   Stężenia dachowe.




przyjęto wstępnie rurę o średnicy D=60,3 mm i grubości ścianki t=4,0 mm







i=2,00 cm

m=5,55 kg/m

A=7,07 cm²

I=28,2 cm⁴

W=9,34 cm³

L_max=8,0 m

2. 
   Stężenia pionowe ściany podłużnej (pole nad belką podsuwnicową).




przyjęto wstępnie rurę o średnicy D=60,3 mm i grubości ścianki t=4,0 mm







i=2,00 cm

m=5,55 kg/m

A=7,07 cm²

I=28,2 cm⁴

W=9,34 cm³

L_max=8,0 m

3. 
   Stężenia pionowe ściany podłużnej (pole pod belką podsuwnicową).




przyjęto wstępnie rurę o średnicy D=159,0 mm i grubości ścianki t=4,5 mm







i=5,46 cm

m=17,1 kg/m

A=21,8 cm²

I=652 cm⁴

W=82 cm³

L_max=12,0 m


































---