7. Projektowanie nowej więźby dachowej w stylu barokowym

Wprowadzenie

Celem tego rozdziału jest zaprojektowanie nowej więźby dachowej w stylu barokowym, będzie to konstrukcja dachu polskiego. Wykonanie nowej więźby jest niezbędne, ponieważ aktualna konstrukcja jest konstrukcją powojenną o małej wartości historycznej oraz bardzo złym stanie technicznym grożącym katastrofą budowlaną.

Aby poprawnie zaprojektować więźbę dachową należy wyznaczyć obciążenia działające na konstrukcję w tym od ciężaru własnego, działania wiatru oraz śniegu. W tym celu niezbędne jest używanie Polskiej Normy. Siły przekrojowe wykonane będą za pomocą programu komputerowego „Soldis projektant ver.7.0”.

Zasady zestawiania obciążeń oddziałujących na konstrukcje

Zestawienie obciążeń wykonano z użyciem EC1 – Oddziaływania na konstrukcje. (PN-EN-1991-1-3 oraz PN-EN-1991-1-4)

Obciążenie śniegiem

Obciążenie śniegiem dachu należy ustalić następująco:

S = u_i × C_t × C_e × S_k (4.1)

Gdzie:

u_i −  wspolczynnik ksztaltu dachu

C_t −  wspolczynnik termiczny

C_e −  wspolczynnik ekspozycji

S_k −  wartosc charakterystyczna obciazenia sniegiem gruntu

Piorunkowice woj. Opolskie strefa 1;  280m n.p.m:

0,007A–1,4 ≥ 0,70 S_k ≥ 0,7 kN/m²

0,007×280-1,4 = 0,56

S_k = 0,7 kN/m²

Teren normalny: C_e = 1,0

Współczynnik termiczny dla dachu: C_t = 1,0

Współczynnik kształtu dachu: dla części nachylonej pod kątem 40^o

u₁ = 0,8(60-α)/30 = 0,8(60-40)/30 = 0,53

u₂ = 1,6

Tak, więc:

Obciążenie śniegiem połaci mniej obciążonej:

S = 0, 53 × 1, 0 × 1, 0 × 0, 7 = 0, 371kN/m²

Obciążenie śniegiem połaci bardziej obciążonej:

S = 1, 6 × 1, 0×1, 0 × 0, 7 = 1, 12kN/m²

Obciążenie wiatrem

Strefa 1, V_b,0 = 22m/s, q_b,0 = 0,30kN/m²

Przyjęto H = 11,40m, Kategoria terenu 3: z_o = 0,3m, z_min = 5m

Bazowa prędkość wiatru:

V_b = C_dir × C_seazon × V_b,0 (4.2)

Gdzie:

C_dir - współczynnik kierunkowy, zalecany przez normę C_dir = 1,0

C_seazon – spółczynnik sezonowy, zalecany przez normę C_seazon = 1,0

V_b,0 – wartość podstawowa bazowej prędkości wiatru

V_b = 1,0 × 1,0 × 22 m/s

V_b = 22 m/s

Średnia prędkość wiatru zależna od wysokości:

v_m(z) = c_r(z) × c_o(z) × V_b (4.3)

Gdzie:

c_r(z) – współczynnik chropowatości: c_r(z) = 0,81($\frac{z}{10}$)^0,19 (4.4)

c_o(z) – współczynnik rzeźby terenu, zalecany przez normę c_o(z) =1,0

V_b – bazowa prędkość wiatru

W przypadku gdzie H = z = 11,40m

v_m(11,40) = 0,81($\frac{11,39}{10}$)^0,19 × 1,0 × 22 m/s

v_m(11,40) = 18,27 m/s

Współczynnik ekspozycji:

C_e(z) = 1,89($\frac{z}{10}$)^0,26 (4.5)

C_e(11,40) = 1,89($\frac{11,39}{10}$)^0,26

C_e(z) = 1,96

Wartość szczytowa ciśnienia prędkości:

q_p(z) = C_e(z) × q_b (4.6)

Gdzie:

q_b – wartość bazowa ciśnienia prędkości ze wzoru q_b = 0,5×p× V_b² (4.7)

p – gestość powietrza 1,25kg/m³

p = 0,5×1,25× 22² = 302,5kg/m² = 0,30kN/m²

q_p(11,39) = 1,96 × 0,30 kN/m²

q_p(11,39) = 0,59kN/m²

Zestawienie obciążeń wiatrem na 1m² połaci:

A – pole powierzchni dachu; A = 568,5m²;

A > 10m² czyli wykorzystujemy wartości C_pe,10

w_e = q_p(z_e) × C_pe,10 (4.8)

Gdzie:

w_e – ciśnienie wiatru na powierzchnie

q_p(z_e) – wartość szczytowa ciśnienia prędkości

C_pe,10 – współczynnik ciśnienia zewnętrznego, wartości dla poszczególnych sektorów dachu interpolowano dla kąta 40^o

Dla kierunku wiatru 90⁰

w_e^F = 0,59 × (-1,1) = -0,649 kN/m²

w_e^G = 0,59 × (-1,4) = -0,826 kN/m²

w_e^H = 0,59 × (-0,87) = -0,523 kN/m²

w_e^I = 0,59 × (-0,5) = -0,295 kN/m²

Do dalszych obliczeń przyjęto wartość jak dla połaci H = w_e^H = -0,523 kN/m²

Dla kierunku wiatru 0⁰

w_e^F = 0,59 × (0,0) = 0

w_e^F = 0,59 × (0,7) = 0,413 kN/m²

w_e^G = 0,59 × (0,0) = 0

w_e^G = 0,59 × (0,7) = 0,413 kN/m²

w_e^H = 0,59 × (0,0) = 0

w_e^H = 0,59 × (0,6) = 0,354 kN/m²

w_e^I = 0,59 × (-0,2) = -0,118 kN/m²

w_e^I = 0,59 × (0,0) = 0

w_e^J = 0,59 × (-0,3) = -0,177 kN/m²

w_e^J = 0,59 × (0,0) = 0

Do dalszych obliczeń przyjęto wartości :

w_e^G = 0,413 kN/m²

w_e^H = 0,354 kN/m²

w_e^J = -0,177 kN/m²

w_e^I = -0,118 kN/m²

Wartość obciążenia ciśnienia charakterystycznego wewnętrznego:

w_k1 = 0,2 × 0,59 = 0,118 kN/m²; w_k2 = -0,3 × 0,59 = -0,177 kN/m²

Obciążenie ciężarem własnym:

OBCIĄŻENIE STAŁE KROKWI
Lp
1
2
3
4
5
6
OBCIĄŻENIE STAŁE KLESZCZY
Lp
1
2
3

Tabela 1 – Zestawienie obciążeń stałych na krokiew i kleszcze

Projektowany rozstaw krokwi: 0,60m

Klasa drewna: C30 drewno sosnowe

Przekrycie wykonane z dachówki ceramicznej ‘Ambiente’ firmy CERATON

Konstrukcja więźby: płatwiowo-kleszczowa z jedną ścianą stolcową

Zestawienie obciążeń na 1m krokwi i kleszczy:

Stałe: krokiew: g_k = 0,909 kN/m g_o = 1,091 kN/m kleszcze: g_k = 0,160 kN/m g_o = 0,192 kN/m

Śnieg: q_s1 = 0,371 × 0,6 = 0,22 kN/m q_s1o = 0,33 kN/m q_s2 = 1,12 × 0,6 = 0,73 kN/m q_s2o = 1,095 kN/m

Wiatr 1: w_e^H = -0,523 × 0,6 = -0,31 kN/m w_e^H_o = -0,495 kN/m w_e^G = 0,413 × 0,6 = 0,25 kN/m w_e^G_o = 0,375 kN/m w_e^H = 0,354 × 0,6 = 0,21 kN/m w_e^H_o = 0,315 kN/m w_e^J = -0,177 × 0,6 = -0,11 kN/m w_e^J_o = -0,165 kN/m w_e^I = -0,118 × 0,6 = -0,07 kN/m w_e^I_o = -0,105 kN/m

Wiatr 2: w_k1 = 0,118 × 0,6 = 0,07 kN/m w_o1 = 0,105 kN/m

w_k2 = -0,177 × 0,6 = -0,11 kN/m w_o2 = -0,165 kN/m

Analiza statyczna

Geometria ustroju

Rys.10. Geometria ustroju płatwiowo-kleszczowego

Rys.11. - Schemat statyczny wiązara

Rys. 12. Schemat obliczeniowy

Rys. 13. Wykres od działania sił osiowych

Rys. 14. Wykres od działania sił tnących

Rys. 15 Wykres od działania momentów zginających

Maksymalne siły wewnętrzne:

Maksymalny moment zginający przy połączeniu krokwi z kleszczami:

M_max = 3,392 kNm N = 8,420 kN

Maksymalny moment w przęśle pomiędzy kleszczami a kalenicą:

M_max = 2,579 kNm N = 5,255 kN

Maksymalna siła osiowa w miejscu połączenia krokwi z murłatą:

N_max = 3,868 kN

Maksymalna siła osiowa w przęśle:

N_max = 5,976 kN M = 2,153 kNm

Maksymalna siła tnąca w miejscu połączenia krokwi z kleszczami:

T_max = 4,306 kN

Maksymalna siła tnąca w miejscu połączenia krokwi z murłatą:

T_max = 1,947 kN

Maksymalne siły wewnętrzne w kleszczach:

M_max = 1,356 kNm N_max = 1,985 kN T_max = 0,772 kN