KRATOWNICE

1. Założenia obliczeniowe kratownic, zastępczy ustrój prętowy dźwigara kratowego (belka jednoprzęsłowa, wieloprzęsłowa ciągła, rama o zamocowaniu przegubowym i sztywnym). Rozdział sił przekrojowych w ustroju zastępczym na pręty kratownicy.

Założenia obliczeniowe kratownic:

• Osie ciężkości prętów są proste;

• Osie ciężkości prętów, zbiegających się w węzłach, są połączone współosiowo;

• Połączenia prętów w węzłach są przegubowe (bez tarcia);

• Obciążenie, w postaci sił skupionych, jest przyłożone tylko w węzłach.

Zastępcze ustroje prętowe dźwigara kratowego:

• Belka jednoprzęsłowa swobodnie podparta;

• Belka wieloprzęsłowa - stosuje się załamanie pasa dolnego przy podporach pośrednich ze względu na większe wartości bezwzględne momentów zginających podporowych względem momentów przęsłowych.

• 
  Rama o zamocowaniu przegubowym i sztywnym - przegubowe zamocowania obydwu pasów w fundamencie traktuje się jako sztywne zamocowanie pręta zastępczego.

2. Typy wykratowań. Ustalenie znaków sił w prętach dźwigara kratowego. Konieczność stosowania wykratowania drugorzędnego.

Wyróżniamy dwa rodzaje wykratowań:

• Krzyżulcowe, złożone z krzyżulców, naprzemian rozciąganych i ściskanych, nachylonych do pasa pod kątem
  ;

• Słupkowo-krzyżulcowe, złożone ze słupków i krzyżulców, nachylonych jednostronnie w każdej połowie przęsła pod kątem
  

Pręty drugorzędne stosuje się wtedy, gdy siły obciążające kratę mają mniejszy rozstaw niż długość przedziału wykratowania głównego lub gdy trzeba zmniejszyć długości wyboczeniowe prętów. Siły osiowe w prętach podparcia (podwieszenia) drugorzędnego wyznacza się, korzystając z warunków równowagi obciążenia węzłowego z siłą osiową w danym pręcie.

3. Ustalenie maksymalnej wysokości kratownicy dachowej dwutrapezowej i trójkątnej oraz sposoby jej zmniejszenia. Podniesienie wykonawcze.

Projektowanie kratownicy dachowej rozpoczyna się od ustalenia jej geometrii. Do tego celu należy wziąć pod uwagę następujące parametry:

• Rodzaj pokrycia dachowego, narzucający rozstaw płatwi lub rozstaw kratownic;

• Wymagany spadek połaci dachowej, dostosowany do pokrycia dachowego;

• Środek transportu dźwigarów z wytwórni na plac budowy;

• Sposób podparcia kratownicy.

Rodzaj pokrycia dachowego decyduje o sposobie przekazywania obciążenia dachowego. Jedne rodzaj pokryć wymagają stosowania płatwi, do rozstawu których dostosowuje się długość przedziału kratownicy (obciążenie traktowane jako siły skupione o reakcji płatwi). W przypadku zastosowania pokrycia bezpłatwiowego długość przedziału kratownicy dostosowuje się do szerokości płyt pokrycia (obciążenie równomiernie rozłożone). W przypadku dużej rozpiętości kratownicy wzrasta proporcjonalnie jej wysokość oraz długość przedziału.

Wysokość kratownicy należy dobrać do gabarytów ładowności środka transportowego. Szerokość i wysokość ładunku drogowego nie powinna przekraczać odpowiednio 3 m i 4 m.

• Kratownice trójkątne - stosuje się w dachach z pokryciem wymagającym dużego spadku połaci. Dla danego spadku wysokość kratownicy H jest wprost proporcjonalna do rozpiętości przęsła L.

• Kratownice dwutrapezowe - stosuje się w przypadku pokryć wymagających małych spadków połaci. Wysokość wiązara zależy tutaj nie tylko od spadku połaci, ale również od wysokości słupka podporowego
  , którą przyjmuje się w przedziale

Dźwigary dachowe o rozpiętości przęsła większej od 30m muszą mieć zaprojektowane podniesienie wykonawcze pasa dolnego, zwane przeciwstrzałką. Podniesienia wykonawczego można niestosować w dźwigarach z załamanym ku górze pasem dolnym lub ze ściągiem między podporami. Wartość podniesienia wykonawczego
powinna być równa co najmniej sumie ugięć dźwigara od obciążenia stałego i od połowy obciążenia zmiennego. Celem stosowania przeciwstrzałki jest zachowanie zaprojektowanych spadków połaci dachowych podczas ugięcia się dźwigara po zadziałaniu największego obciążenia oraz zachowanie płaskości pasów dolnych i ewentualnych podwieszonych do nich sufitów.

W kratownicach dachowych podniesienie wykonawcze jest realizowane prze jednokrotne lub dwukrotne załamanie pasa dolnego.

Przemieszczenie węzła środkowego kratownicy oblicza się ze wzoru:

, gdzie:

- siła osiowa w i-tym pręcie od obciążenia zewnętrznego;

- siła osiowa w i-tym pręcie od siły jednostkowej, przyłożonej w miejscu i na kierunku poszukiwanego przemieszczenia;

- długość i pole przekroju poprzecznego i-tego pręta;

- liczba prętów w kratownicy.

4. Rodzaje stężeń w dachach kratownicowych - rozmieszczenie oraz przeznaczenie.

• Stężenia boczne - tężniki pionowe, umieszcza się zazwyczaj w środku rozpiętości przęsła, a w miarę potrzeby w większej liczbie punktów tak, aby odległości między punktami nieprzesuwnymi nie przekraczała 15m. Dla kratownic trójkątnych stężeniami bocznymi są także podpory, natomiast dla kratownic dwutrapezowych należy w liniach podpór założyć stężenia boczne górnych węzłów, zmniejszając w ten sposób długość wyboczeniową słupka podporowego.

Tężniki pionowe w postaci skratowania - zakłada się na całej długości budynku, jeżeli konstrukcja stalowa nośna przejmuje obciążenia od transportu suwnicowego. W budynkach bez transportu suwnicowego skratowane tężniki pionowe zakłada się w tych polach, w których znajdują się stężenia połaciowe. Zadaniem tężnika pionowego jest stabilizacja pozycji pionowej łączonych kratownic, szczególnie w fazie montażu.

• Tężniki połaciowe poprzeczne - zakłada się w polach skrajnych lub przedskrajnych. Ich zadaniem jest połączenie pasów ściskanych dwóch sąsiednich kratownic w kratownicę połaciową

• Podłużne pręty stężające

5. Długości wyboczeniowe prętów kratownic.

• Za długość wyboczeniową pasa ściskanego w płaszczyźnie kratownicy
  przyjmuje się jego długość teoretyczną między węzłami
  .

• Długość wyboczeniowa słupków i krzyżulców w płaszczyźnie kratownicy
  przyjmuje się równą 0,8 ich długości teoretycznej między węzłami
  i
  .

• Jeżeli w węzłach nie występują blachy węzłowe, to dla słupków i krzyżulców należy przyjmować
  , gdzie
  jest długością pręta w świetle pasów.

• W przypadku gdy w kratownicy są węzły przegubowe wówczas
  

• Przy wyboczeniu pasów, słupków podporowych i krzyżulców podporowych kratownicy z jej płaszczyzny należy za długość wyboczeniową
  przyjmować odległość
  między punktami przytrzymania, którymi są:

• Węzły podporowe;

• Węzły stężenia połaciowego;

• Węzły przytrzymane tężnikami pionowymi;

• Węzły, w których opierają się płatwie.

• Przy rozpatrywaniu wyboczenia słupków i krzyżulców z płaszczyzny kratownicy z długość wyboczeniową
  jest przyjmowana ich długość teoretyczna między węzłami, gdy pasy mają przekroje otwarte, oraz 0,8
  , gdy pasy mają przekroje zamknięte a połączenia tych prętów z pasami są wystarczająco sztywne.

• Jeżeli połączenia nie są wystarczająco sztywne z pasami o przekrojach zamkniętych to
  , tzn.
  jest równe długości pręta w świetle pasów.

6. Normowe warunki nośności prętów w przypadku obciążenia węzłowego oraz w przypadku pokrycia bezpłatwiowego.

I=x lub y - biorąc pod uwagę przypadek bardziej niekorzystny

- nośność przekroju pasa górnego odpowiednio na zginanie i ściskanie.

Jeżeli
wypadałoby większe od 0,1 wówczas należy zmienić przekrój pręta tak, aby warunek normowy był spełniony, ponieważ tylko wtedy wzór normowy na nośność pręta jest ważny.

W przypadku pokrycia bezpłatwiowego należy zastosować takie połączenie płyt pokrycia dachowego z pasami, aby pasy były zaczepione przed zwichrzeniem.

7. Konstrukcje węzłów kratownic.

Konstrukcję węzła kratownicy zawsze rozpoczyna się od narysowania osi prętów, zbiegających się w tym węźle, utożsamiając je z osiami ciężkości kształtowników. W zależności od zastosowanych kształtowników, ich wymiarów przekrojów porzecznych oraz od liczby zbiegających się prętów w węźle połączenie można wykonać z zastosowaniem lub bez zastosowania blachy węzłowej. Każda blacha węzłowa zwiększa wymiary węzła i powoduje odchodzenie od połączenia przegubowego.

Jeżeli zachodzi konieczność zastosowania blachy węzłowej, to jej kształt powinien być jak najprostszy, o minimalnej liczbie linii cięć. Powinien to być kształt prostokątny równoległoboczny lub trapezowy, pozwalający na ekonomiczne wykorzystanie arkusza blachy. Należy unikać kształtu z kątem rozwartym oraz kątem zbyt ostrym.

8. Przekroje poprzeczne prętów.

Podstawową zasadą przyjmowania przekrojów poprzecznych prętów kratownicy jest to, że powinny one być symetryczne względem płaszczyzny kratownicy, przechodzącej przez oś y. Drugą zasadą jest to, aby smukłość każdego pręta w płaszczyźnie kratownicy
i w płaszczyźnie prostopadłej
były zbliżone do siebie.

• Pas górny projektuje się o takim przekroju, aby miał on półkę poziomą, dogodną do bezpośredniego oparcia na nim płatwi, blachy fałdowej lub płyty dachowej. Stosuje się w tym przypadku: część kształtownika dwuteowego, ceownik ułożony poziomo - walcowany lub zespawany z dwóch kątowników, rurę prostokątną lub kwadratową.

• Rurę kołową na pas górny stosuje się tylko wtedy, gdy dach jest typu płatwiowego.

• W kratownicach silnie obciążonych, stosuje się przekroje dwugałęziowe lub dwuteowniki szerokostopowe.

• Na pasy rozciągane stosuje się przekroje podobne jak na pasy ściskane, tylko o mniejszych przekrojach.

• Na pręty wykratowania najczęściej stosuje się połówki dwuteowników, pojedyncze kątowniki, rury okrągłe lub kwadratowe.

---