1. Schematy statyczne hal.

Wyróżnia się dwa typy hal - lekkie i ciężkie.

W halach lekkich ciężar pokrycia dachowego wraz ze śniegiem wynosi 0,8 kN/m², a zużycie stali 30-70 kg/m².

Hale typu ciężkiego wyposażone są zazwyczaj w ciężkie suwnice mostowe, obciążenie od pokrycia dachowego i ciężaru śniegu wynosi 3,3kN/m², zużycie stali 100-170kg/m².

Hale projektuje się jako ocieplone i nieocieplone.

Głównym układem hali jest szkielet złożony z szeregu ram połączonych i usztywnionych.

Ramy nośne składają się z wiązarów i podpierających je słupów.

Wyróżnia się układy przegubowe i ramowe. Układy ramowe zaleca się stosować w halach wysokich, gdyż zwiększa to sztywność słupów. W halach niskich o większej rozpiętości korzystniejsze są przegubowe połączenia rygla ze słupem.

Hale jednonawowe:

- Układem konstrukcyjnym jest rama, w której słupy są utwierdzone w fundamentach i przegubowo połączone z ryglem. zalety tego układu:

• duża sztywność w kierunku poprzecznym, zapewniająca odpowiednią eksploatacje suwnic

• możliwość łatwej adaptacji hali do nowych procesów technologicznych

• możliwość stosowania nowoczesnych metod montażu

• niski wskaźnik zużycia stali w porównaniu z innymi układami

  - Układ konstrukcyjny który ma sztywne połączenie rygla ze słupami i słupy sztywno zamocowane w fundamencie. Układ ten jest bardziej sztywny od poprzedniego, lecz również niekorzystny dla posadowienia na gruntach o niejednolitej strukturze. Zalety.

• duża sztywność w kierunku poprzecznym, umożliwiająca stosowanie ciężkich suwnic

• możliwość wzmacniania konstrukcji przy zmianach procesów technologicznych

  - Układ w którym rygiel jest połączony sztywno ze słupem, natomiast słup z fundamentem połączony jest przegubowo. Takie rozwiązanie stosuje się zazwyczaj w halach wysokich, zwłaszcza gdy stosunek rozpiętości do wysokości jest <1. W przypadku dachów stromych często projektuje się dodatkowy przegub w kalenicy, gdyż pozwala to na zmniejszenie wymiarów fundamentów oraz na posadowienie na gruntach słabych. Ujemną stroną układów ramowych z przegubami są trudności montażowe zwłaszcza w przypadku ram o dużych wymiarach.

  Hale wielonawowe:

  Układ konstrukcyjny hali wielonawowej jest z reguły połączeniem kilku układów jednonawowych. Zasady stosowania słupów połączonych sztywno lub przegubowo z fundamentem i wiązarem pozostają takie same jak dla hal jednonawowych. Natomiast charakterystycznymi elementami w układach wielonawowych są słupy wahliwe, tzn. przegubowo połączone z fundamentem i ryglem. Są to słupy pośrednie lub skrajne, usytuowane między nawami.

  Hale typu lekkiego - najczęściej nawy o jednakowej wysokości i rozpiętości, najczęściej stosuje się wiązary jednoprzęsłowe.

  Hale typu ciężkiego - słupy są utwierdzone w fundamentach, jedynie słupy skrajne są przegubowe, aby uzyskać dużą sztywność.

  Transport w halach - przez pojęcie transportu wew. należy rozumieć te urządzenia i elementy które są integralnie związane z konstrukcją nośną hali. Transport wew. służy do przemieszczania materiałów i wyrobów w różnych stadiach produkcji i jest ważną częścią procesu produkcyjnego. Typy transportu wew.:

  - suwnice mostowe o różnym udźwigu

  - suwnice, których konstrukcja jest podwieszona do konstrukcji przekrycia

  - przenośniki o ruchu ciągłym, podwieszone do konstrukcji przekrycia hali

  - monorelsy - lekkie elektrowciągi

  - suwnice portalowe z torem jezdnym wzdłuż osi nawy hali na jednym lub dwóch poziomach

  - suwnice wspornikowe z torami na dwóch poziomach

  - dźwigi wspornikowe z pionową osią zawieszenia, przemieszczane wzdłuż hali, z możliwością obrotu wspornika wokół osi pionowej

2. Reguły projektowania wiązarów kratowych

Kratownice projektuje się wg PN-EN-1993-1-8, Rozdziały 2 i 7.

Rozdział 2 - podstawy projektowania

Wszystkie węzły powinny mieć taką nośność obliczeniową aby konstrukcja była w stanie spełnić wszystkie podstawowe wymagania projektowe.

węzły narażone na zmęczenie projektuje się wg PN-EN-1993-1-9.

Siły w węzłach przyjmuje się wg I SG (SGN)

W projektowaniu węzłów można stosować analizę liniowo-sprężystą lub sprężysto-plastyczną.

W przypadku połączeń ścinanych z łącznikami o różnej sztywności zaleca sie, aby węzły najsilniejsze o największej sztywności, były zdolne do przeniesienia całego obciążenia.

W celu określenia rozkładu sił przyjmuje się następujące założenia:

- siły i momenty wewnętrzne muszą być w równowadze z siłami i momentami przyłożonymi do węzła

- nośność każdego elementu w węźle, jest wystarczająca do przeniesienia wewnętrznych sił i momentów

- deformacje odpowiadające przyjętym siłom w węźle, nie przekraczają zdolności do odkształceń łączników spoin i łączonych elementów

- przyjęty rozkład sił wewnętrznych jest realisty ze względu na sztywności względne elementów węzła

- deformacje przyjmowane w sprężysto-plastycznym modelu obliczeniowym, wynikają z fizycznie możliwych obrotów ciała sztywnego i przemieszczeń w płaszczyźnie

- każdy model obliczeniowy musi być zgodny z wynikami badań

Gdy złącze jest narażone na działanie obciążeń udarowych, lub na znaczne oddziaływanie wibracyjne, to zaleca się stosowanie jednej z następujących metod łączenia:

- spawanie

- śruby pasowane

- połączenia cierne

- śruby z iniekcją

- nity

- inne rodzaje śrub, które skutecznie zapobiegają przemieszczeniom łączonych elementów

Gdy poślizg w połączeniu nie jest akceptowalny, to stosuje sie połączenia cierne klasy B, C, śruby pasowanie, spawanie, nity.

W stężeniach wiatrowych i stabilizujących można stosować połączenia śrubowe kat. A.

Mimośrody w węzłach:

- W przypadku mimośrodów konstrukcyjnych, węzły i elementy projektuje się na wynikowe siły i momenty.

- W węzłach kątowników lub teowników łączonych jednym lub dwoma szeregami śrub, bierze się pod uwagę każdy możliwy mimośród. Mimośrody w płaszczyźnie i z płaszczyzny, zaleca sie określać, rozważając wzajemne usytuowanie osi ciężkości elementu i osi ciężkości trasowania łączników w płaszczyźnie połączenia. Do obliczania pojedynczego kątownika rozciąganego połączonego śrubami jednym ramieniem.

Rozdział 7 - projektowanie węzłów z kształtowników rurowych

Minimalna gr. ścianki kształtownika rurowego nie powinna być mniejsza niż 2,5mm.

W przypadku kształtowników rurowych, zarówno walcowanych na gorąco jak i profilowanych na zimno, nominalna granica plastyczności nie powinna przekraczać 460MPa. W przypadku wyrobów gotowych o nominalnej granicy plastyczności większej niż 355MPa obliczeniowe nośności statyczne, określone w tym rozdziale należy redukować współczynnikiem - 0,9

Nominalna grubość ścianki kształtownika rurowego, zastosowanego na pas, nie powinna być większa niż 25mm, chyba że przewidziano specjalne środki zapobiegające pęknięciom lamelarnym.

Momenty drugorzędne w węzłach można pomijać zarówno przy obliczaniu elementów jak i węzłów w przypadku spełnienia danych warunków. Formuły nośności (tabl. 7.1)

- stosunek średnic - 0,2<d_i/d₀<1,0

- przekrój pasa klasy <2 oraz ogólnie - 10<d_o/t_o<50

- w przypadku węzłów X - 10<d₀/t₀<40

- przekrój skratowania klasy <2 - 10<d_i/t_i<50

- zakładka - >25%

- odstęp - g>t₁+t₂

Przypadki w których uwzględnia się momenty:

- gdzie geometria węzła jest zgodna z tabl. 7.1

- stosunek długości do szerokości w płaszczyźnie dźwigara jest l/h>6

- momenty wywołane są momentami przęsłowymi

- momenty wynikające z mimośrodu można pomijać, gdy pręty są rozciągane, lub gdy mieszczą się w określonych granicach:

-0,55d₀<e<0,25d₀

- momenty wynikające z mimośrodów można pomijać (pas ściskany) jeżeli mieszczą się w wyżej podanych wartościach

- jeżeli mimośrody nie mieszczą się podanych wyżej wartościach momenty należy uwzględniać

- naprężenia od momentów należy uwzględniać przy ustalaniu współczynników - k_m, k_n, k_p

Zasady obliczeń:

- wartości obliczeniowe wewnętrznych sił podłużnych, zarówno w prętach skratowania jak i w pasach, w stanie granicznym nośności nie powinny przekraczać nośności obliczeniowych węzłów, określonych w pkt. 7.4, 7.5, 7.6 lub 7.7.

- dodatkowo wartości obliczeniowe wewnętrznych sił podłużnych w prętach skratowania w stanie granicznym nośności nie powinny przekraczać odpowiednich nośności obliczeniowych węzłów, określonych w pkt. 7.4, 7.5, 7.6 lub 7.7

Modele zniszczenia węzłów.

Nośność obliczeniową węzłów z połączeniami między kształtownikami rurowymi, a także z połączeniami między kształtownikami rurowymi, a kształtownikami otwartymi, wyznacza się rozpatrując odpowiednie modele zniszczeń, jak niżej:

- zniszczenie przystykowe pasa, lub uplastycznienie pasa

- zniszczenie boków pasa w skutek uplastycznienia, zgniecenia lub niestateczności ścianki pasa pod ściskanym prętem skratowania

- ścięcie pasa

- przebicie ścianki pasa z kształtownika rurowego

- zniszczenie skratowania wskutek zredukowanej szerokości efektywnej

- wyboczenie miejscowe pręta skratowania lub rurowego pasa w obszarze węzła

Chociaż nośność węzła z prawidłowo ukształtowanymi spoinami jest zazwyczaj większa przy rozciąganiu niż przy ściskaniu, to nośność obliczeniową węzła zdefiniowano na ogół z pominięciem tej okoliczności, co pozwala unikać nadmiernych lokalnych odkształceń i ograniczeń z tym związanych które w przeciwnym razie mogłyby się okazać krytyczne

3. Rodzaje stężeń w budynkach szkieletowych

- w budynkach do 6 kondygnacji funkcję pionowych stężeń poprzecznych mogą pełnić ściany szczytowe - murowane, betonowe, lub ryglowe, wypełnione cegłą lub betonem o gr. >25cm., pod warunkiem że nie mają dużych otworów.

- tężniki poziome w postaci ram - stosowane gdy względy technologiczne nie pozwalają na wykonanie stropów lub stężeń kratowych

- stężenia montażowe - przenoszą obciążenia w trakcie montażu konstrukcji najczęściej demontowane po zakończeniu prac konstrukcyjnych

- tężniki kratowe

- płaskie tężniki pionowe w postaci wsporników kratowych lub pełnych - przenoszą siły poziome i zapewniają geometryczną niezmienność całego układu

- tężniki poziome - stropy, mogą być w postaci belek stalowych, zespolonych lub żelbetowych. W budynkach mieszkalnych mogą być zastosowane stropy z pustaków lub gotowych płyt.

- Stężenia pionowe muszą być rozmieszczone w sposób zapewniający stateczność budynku zarówno w czasie montażu jak i po jego wybudowaniu

4. Stężenia w halach stalowych

W celu zapewnienia stateczności i odpowiedniej sztywności hali jako całości oraz poszczególnym jej częściom i elementom stosuje się stężenia. Wyróżnia się:

- stężenia dachowe połaciowe poprzeczne - przejmują siły wywołane parciem wiatru na ściany szczytowe i ewentualnie świetliki. Ponadto tężniki te zapobiegają wyboczeniu górnego pasa dźwigara w płaszczyźnie połaci dachowej, ograniczając jego długość wyboczeniową do odstępu pomiędzy płatwiami.

Tężniki te projektuje sie pomiędzy sąsiednimi wiązarami na całej szerokości nawy w skrajnych polach oraz co 8 pole jeżeli jest więcej niż 7 pól pomiędzy skrajnymi stężeniami, a także po obu stronach dylatacji. Rodzaje krat:

X, W ze słupkami, W ze słupkami i drugorzędnymi skratowaniami, K.

- stężenia połaciowe podłużne - przenoszą siły od parcia wiatru na ściany podłużne, łączą tężniki połaciowe poprzeczne umieszcza się je przy okapach wzdłuż ścian zewnętrznych pomiędzy dwoma sąsiednimi polami.

- Tężniki dachowe pionowe - zabezpieczają wiązary przed skręceniem, wywróceniem, przechyleniem. Spełniają tą rolę zarówno podczas montażu ja i póżniejszej pracy. Montowane są co najmniej w polach gdzie występują skratowania połaciowe poprzeczne i w odstepach nie wiekszych niż 15m. Jeżeli w hali wystepują suwnice o udziwgu >150kN stężenia te nalezy dać na całej szerokości hali.

- Stężenia ścienne pionowe - daje się je zawsze w scianach podłużnych zapewniają one stateczność poprzecznych układów głównych hali. Zapewniają one statecznośc płaskich układów głównych wzdłuż budynku, gdyż słupy w tym kierunku traktuje się zwykle jako przegubowo połączone z fundamentem. Tężniki ścienne stosuje się przeważnie jako kratowe lub ramowo-kratowe. Umieszcza sie je w skrajnych polach hali, co 7 pól, tam gdzie tężniki połaciowe poprzeczne.

5. Typy konstrukcji budynków stalowych

a) system przegubowy ze stężeniami pionowymi w postaci ścian poprzecznych - stosuje się do 6 kondygnacji

b) System ram płaskich

c) System ram z płaskimi tężnikami pionowymi - można stosować nawet do 40 kondygnacji, jednak robi się to rzadko, najczęściej do 20 kondygnacji.

d) System przegubowy z płaskimi tęznikami pionowymi - składa się z 2 układów:

- konstrukcja szkieletu przenosząca obciążenia pionowe - składa się z regularnej siatki belek połączonych przegubowo ze słupami

- konstrukcja przenosząca obciążenia poziome - złozona ze sztywnych tarcz stropów przekazujących obciążenia na płaskie tęzniki pionowe w postaci wsporników kratowych lub pełnych.

Zaletą omawianego systemu jest prostota zwłaszcza przegubowego połączenia belek ze słupami, umożliwiający szybki montaż. System ten stosuje się tylko do 30 kondygnacji ze względu na skośne usytuowanie stropów w okolicach tęzników - efekt II rzędu.

e)ustroje trzonowe - wykorzystanie trzonu jako przestrzennego tęznika pionowego. Najczęściej trzon tworzą dźwigi, klatki schodowe obudowane ścianami żelbetowymi. Możliwe są tu następujące rozwiązania:

- stropy wspornikowo zamocowane w trzonie

- główny wspornik zamocowany w górnej części trzonu

- główny wspornik zamocowany w dolnej części trzonu

- stropy swobodnie oparte w jednej części na centralnym trzonie i w drugiej na linach

f) System przegubowy z usztywnieniami kratowymi złożonymi - jest to udoskonalony system płaskich ram z pionowymi tężnikami przez wciągnięcie do współpracy słupów zewnętrznych przez kratownice poziome, dzieki czemu odkształcenie układu jest znacznie mniejsze. Krartownice poziome umieszcza się w górnej kondygnacji i przynajmniej w połowie jego wysokości.

g) ustroje powłokowe - zapewniają najwiekszą sztywność przestrzenną, dzięki zastosowaniu nośnych ustrojów powłokowych. W systemie tym układ słupów i rygli jest połączony sztywno węzłami tak że cały układ może być traktowany jak perforowana rura zamocowana w fundamencie. Do omawianej grupy zalicza się także konstrukcje ramowo-powłokowe i dwupowłokowe. W budynkach o konstrukcji ramowo-powłokowej sztywność przestrzenną zapewnia układ czterech ram płaskich zamkniętych na obwodzie budynku. Ramy te utworzone są przez słupy i sztywno połączone z nimi rygle. Wewnętrzna konstrukcja szkieletu może być przegubowa, przenosząc tylko obciążenia pionowe, lub może tworzyć z ryglami powłokę wewnętrzną.

Większą sztywność przestrzenną w porównaniu z układem ramowo-powłokowym daje układ dwupowłokowy, funkcje powłoki wewnetrznej pełni najczęściej trzon żelbetowy, w którym mieści się komunikacja pionowa. Współpraca ramy zewnętrznej i trzonu powoduje zwiększenie sztywności konstrukcji, za miarę której przyjmuje sie najczęściej wychylenie wierzchołka budynku.

6. Rodzaje konstrukcji powłokowych

Ze względu na przeznaczenie:

- Zbiorniki na ciecze

- zbiorniki na gazy

- zasobniki i silosy na materiały sypkie

- rurociągi o dużej średnicy i długości

- urządzenia i konstrukcje przemysłowe np. kominy, galerie transportowe, wielkie piece

Ze względu na statykę

- konstrukcje powłokowe pracujące na rozciąganie

- konstrukcje powłokowe pracujące na rozciąganie, a w szczególnych przypadkach obciążeń tez na zginanie - zbiorniki kroplokształtne

- pracujące wyłącznie na zginanie - rurociągi

- gdzie blacha stanowi jedynie poszycie przekazujące obciążenia konstrukcje nośną

- w których tylko część blach pracuje jak powłoki

ze względu na warunki pracy:

- naziemne

- podziemne

- ciśnieniowe

- bezciśnieniowe

- pracujące pod działaniem temp:

• wysokiej

• normalniej

• niskiej

  - obciążone siłami:

• statycznymi

• dynamicznymi

  7. Projektowanie słupów mimośrodowo ściskanych

  1. dobór profilu

  2. Sprawdzenie klasy przekroju pasa i środnika

  3. Sprawdzenie wyboczenia w płaszczyźnie dźwigara i z płaszczyzny dźwigara

  4. Zginanie ze ścinaniem i siłą podłużna

  5. Zwichrzenie

  6. Zginanie i ściskanie z wyboczeniem i zwichrzeniem

  Głowica słupa:

  - dobór blachy zamykającej i płytki centrującej

  - sprawdzenie płytki centrującej na docisk

  - sprawdzenie spoin

  Podstawa słupa:

  - dobór kotew i ich sprawdzenie

  - dobór blachy podstawy i blachy trapezowej

  - sprawdzenie długości strefy docisku

  - sprawdzenie spoin

  8. Charakterystyka konstrukcji powłokowych

  Konstrukcje z blach są to cienkościenne powłoki, najczęściej obrotowe, o róznych kształtach. Powłoki te charakteryzują się szczególnymi warunkami pracy stali. Naprężenia w powłokach są z reguły dwukierunkowe i o wysokich wartościach. Ponadto występują również naprężenia miejscowe mające charakter naprężeń własnych, spowodowane spawaniem arkuszy blach, tłoczeniem blach, jak też niektórymi metodami montażu. W większości przypadków podstawowe znaczenie ma bezmomentowy stan naprężeń. Momentowy stan naprężeń może mieć znaczenie w przypadku zbiorników cylindrycznych pracujących pod obciążeniem hydrostatycznym, silosów pod obciążeniem wiatrem, itp. oraz w niektórych przypadkach szczególnych. Istotną rolę odgrywają również naprężenia lokalne szybko zanikające w miarę oddalania sie od miejsca występowania. Występują one najczęściej w miejscach łączenia różnych powłok, przy zmianie grubości blach, w pobliżu sztywnych pierścieni, podpór, itp. Naprężenia te zwane często naprężeniami krawędziowymi, należy uwzględnić przy projektowaniu. Większość zbiorników zwłaszcza na paliwa płynne, jest narazona na działanie niskiej temp. atmosferycznej. Niska temp. łącznie z wystepującą w niektórych węzłach koncentracją naprężeń spawalniczych, zwiększa niebezpieczeństwo zniszczenia zbiornika wskutek krucjego pęknięcia. Charakteryzują się one też dużą szczelnością służą do magazynowania lub transportu materiałów.

  9. Obciążenia działające na konstrukcje wysokie

  W obliczeniach budynków wysokich uwzględnia sie obciążenia:

  - pionowe - obc. stałe (ciężar własny), obciążenia zmienne krótko i długotrwałe

  - poziome - obc. wiatrem, maszynami i urządzeniami, obc. sejemiczne, obc. od oddziaływań termicznych

  Obciążenia wiatrem dzielą się na:

  - statyczne

  - dynamiczne

  - drgania

  Obc. dynamiczne:

  - porywy wiatru

  - cykliczne odrywanie wirów, drgania giętne

  - łopotanie (flatter)

  - trzepotanie

  10. Zasady projektowania kominów

  Kominy projektuje się jako konstrukcje smukłe, głownym obciążeniem jest wiatr. Ważną cechą kominów jest szczelność. Kominy podlegają bardzo restrykcyjnym wymaganiom dot. ochrony antykorozyjnej i termicznej. Trzon komina wykonywany jest z gotowych rur lub blach walcowanych na gorąco, giętych i spawanych. Min. grubośc blachy trzonu 6mm. Do łączenia blach stosuje połączenia czołowe spawane lub na śruby. Obciążenia jakie działają na komin:

  - dynamiczne działanie wiatru

  - ciężar własny

  - ciężar osprzętu

  - ciężar pomostów i drabin

  - oblodzenie ( nie dotyczy kominów dymowych)

  - oddziaływania termiczne i korozyjne

  Obc. dynamiczne spowodowane są:

  - zmianami prędkości wiatru

  - podatnością konstrukcji kominów na drgania

  - właściwością aerodynamicznym kominów

  Układy konstrukcyjne kominów można obliczac na 2 sposoby:

  - jako układ ciągły o nieskończonej liczbie stopni swobody

  - układ dyskretny jako wspornik o masie 0 i nieskończonej ilości znajdujących sie na nim mas skupionych

  Przy projektowaniu wyróżnia się 2 sytuacje projektowe:

  1. Komin jest już po czasie przeznaczonym na ekspolatację i musi przetrwać jeszcze 3 lata, wyznacza się tu naddatki korozyjne.

  2. Zakłada się że komin jest nowy i uwzględnia się wcześniej wyznaczone wartości do zaprojektowania komina

  11. Sprawdzenie nośności węzłów łączących belkę ze słupem

  1 . Sprawdzenie warunków konstrukcyjnych

  2. Określenie konfiguracji węzła

  3. obl. nośności panelu środnika słupa przy ścinaniu - ze środnikiem użebrowanym i nieużebrowanym

  4. obl. nośności środnika słupa przy ściskaniu

  5. obl. nośności pasa i środnika belki przy ściskaniu

  6. obl. nośności środnika słupa przy rozciąganiu

  7. obl . nośności środnika belki przy rozciąganiu

  8. obl. nośności pasa słupa przy miejscowym zginaniu

  9. obl. nośności blachy czołowej przy zginaniu i śrub przy rozciąganiu

  10. obl efektywnej nośności szeregu śrub

  11. obl nośności węzła