4.2.1 Projektowanie słupa 1
NEd = 20504kN
Dane przyjętego przekroju HD400x677:
h= 483 [mm]
b= 428 [mm]
tw= 51,2 [mm]
tf= 81,5 [mm]
A= 863,4 [cm2]
Iz= 106900 [cm4]
Iy= 299500 [cm4]
Obliczenie długości wyboczeniowej słupa:
Wyboczenie w osi Z:
$$\eta_{1} = \frac{K_{c} + K_{1}}{K_{c} + K_{1} + K_{11} + K_{12}} = 1$$
K0 = Kc - Podpora utwierdzona
$$\eta_{2} = \frac{K_{c}}{K_{c} + K_{0}} = 0,5$$
μZ = 0, 5 + 0, 14(η1+η2) + 0, 055(η1+η2)2=
0, 5 + 0, 14(1+0,5) + 0, 055(1+0,5)2=
=0, 834
Wyboczenie w osi Y:
K11 = K12 = 27342 cm4
$$K_{c} = K_{1} = \frac{I_{\text{yc}}}{h_{c}} = \frac{106900}{300} = 356,3$$
$$K_{11} = K_{12} = \frac{I_{\text{yc}}}{l_{c}} = \frac{27342}{840} = 32,55$$
$$\eta_{1} = \frac{356,3 + 356,3}{356,3 + 356,3 + 32,55 + 32,55} = 0,952$$
$$\eta_{2} = \frac{K_{c}}{K_{c} + K_{c}} = 0,5$$
μZ = 0, 5 + 0, 14(η1+η2) + 0, 055(η1+η2)2=
= 0, 5 + 0, 14(0,952+0,5) + 0, 055(0,952+0,5)2 = 0, 82
Długości wyboczeniowe słupa:
Lcr, z = 0, 834 • 3, 0 = 2, 502mLcr, y = 0, 82 • 3, 0 = 2, 46m
Sprawdzenie klasy przekroju:
$$\varepsilon = \sqrt{\frac{235}{f_{y}}} = \sqrt{\frac{235}{235}} = 1$$
Środnik:
$\frac{c}{t} = \frac{h - 2\left( R + t_{f} \right)}{t_{w}} = \frac{483 - 2\left( 15 + 81,5 \right)}{51,2} = 5,66 < 32\varepsilon\ $
Półka:
$$\frac{c}{t} = \frac{b_{f} - t_{w} - 2R}{{2t}_{f}} = \frac{428 - 51,2 - 2 \bullet 15}{2 \bullet 81,5} = 2,76 < 9\varepsilon\ $$
Przekrój spełnia warunki klasy I
Wyznaczenie siły krytycznej:
$$N_{cr,y} = \frac{\pi^{2} \bullet E \bullet I_{z}}{L_{cr,y}^{2}} = \frac{{3,14}^{2} \bullet 210000 \bullet 106900 \bullet 10^{4}}{2460^{2}} = 365751,09\ kN$$
$$N_{cr,z} = \frac{\pi^{2} \bullet E \bullet I_{z}}{L_{cr,z}^{2}} = \frac{{3,14}^{2} \bullet 210000 \bullet 299500 \bullet 10^{4}}{2502^{2}} = 990605,52\ kN$$
Wyznaczenie smukłości:
$${\overset{\overline{}}{\lambda}}_{y} = \sqrt{\frac{Af_{y}}{N_{cr,y}}} = \sqrt{\frac{86340 \bullet 235}{365751,09 \bullet 10^{3}}} = 0,236$$
$${\overset{\overline{}}{\lambda}}_{z} = \sqrt{\frac{Af_{y}}{N_{cr,y}}} = \sqrt{\frac{86340 \bullet 235}{990605,52 \bullet 10^{3}}} = 0,143$$
Przyjęcie krzywych zwichrzenia:
$$\frac{h}{b} = \frac{483}{428} = 1,13 \leq 1,2\ \ i\ t_{f} \leq 100\ mm$$
αy = b = 0, 34
αz = c = 0, 49
Wyznaczenie parametru krzywej niestateczności:
$$\phi_{y} = 0,5\left\lbrack 1 + \alpha\left( {\overset{\overline{}}{\lambda}}_{y} - 0,2 \right) + {\overset{\overline{}}{\lambda}}_{y}^{2} \right\rbrack = 0,5\left\lbrack 1 + 0,49\left( 0,236 - 0,2 \right) + {0,236}^{2} \right\rbrack = 0,537$$
$$\phi_{z} = 0,5\left\lbrack 1 + \alpha\left( {\overset{\overline{}}{\lambda}}_{y} - 0,2 \right) + {\overset{\overline{}}{\lambda}}_{y}^{2} \right\rbrack = 0,5\left\lbrack 1 + 0,34\left( 0,143 - 0,2 \right) + {0,143}^{2} \right\rbrack = 0,501$$
Wyznaczenie współczynnika wyboczenia:
$$\chi_{y} = \frac{1}{\phi + \sqrt{\phi^{2} - {\overset{\overline{}}{\lambda}}_{y}^{2}}} = \frac{1}{0,537 + \sqrt{0,537 - {0,236}^{2}}} = 0,94$$
$$\chi_{z} = \frac{1}{\phi + \sqrt{\phi^{2} - {\overset{\overline{}}{\lambda}}_{y}^{2}}} = \frac{1}{0,501 + \sqrt{{0,501}^{2} - {0,143}^{2}}} = 0,97$$
Sprawdzenie nośności na wyboczenie
$$N_{b,Rd} = \frac{\chi_{y} \bullet A \bullet f_{y}}{\gamma_{M0}} = \frac{0,94 \bullet 86340 \bullet 235}{1,0} = 20689,9\ kN$$
$$\frac{N_{\text{Ed}}}{N_{b,Rd}} = \frac{205040}{20689,9} = 0,99 \leq 1,0$$
4.2.2 Projektowanie słupa 2
NEd = 9800 kN - kondygnacji 8
Dane przyjętego przekroju HD400x421:
h= 425 [mm]
b= 409 [mm]
tw= 32,5 [mm]
tf= 52,6 [mm]
A= 537,1 [cm2]
Iz= 60080 [cm4]
Iy= 159600 [cm4]
Obliczenie długości wyboczeniowej słupa:
Wyboczenie w osi Z:
$$\eta_{1} = \frac{K_{c} + K_{1}}{K_{c} + K_{1}} = 1$$
$$\eta_{2} = \frac{K_{c} + K_{1}}{K_{c} + K_{1}} = 1$$
μZ = 1
Wyboczenie w osi Y:
K11 = K12 = 25697 cm4
$$K_{c} = K_{1} = \frac{I_{\text{zc}}}{h_{c}} = \frac{60080}{300} = 200,27$$
$$K_{11} = K_{12} = \frac{I_{\text{yc}}}{l_{c}} = \frac{27342}{840} = 32,55$$
K2 = 21, 33
$$\eta_{1} = \frac{200,27 + 200,27}{200,27 + 200,27 + 32,55 + 32,55} = 0,86$$
$$\eta_{2} = \frac{200,27 + 278,42}{200,27 + 278,42 + 32,55 + 32,55} = 0,88$$
μZ = 0, 5 + 0, 14(η1+η2) + 0, 055(η1+η2)2=
= 0, 5 + 0, 14(0,86+0,88) + 0, 055(0,86+0,88)2 = 0, 89
Długości wyboczeniowe słupa:
Lcr, z = 1 • 3 = 3 m
Lcr, y = 0, 89 • 3 = 2, 67 m
Sprawdzenie klasy przekroju:
$$\varepsilon = \sqrt{\frac{235}{f_{y}}} = \sqrt{\frac{235}{235}} = 1$$
Środnik:
$$\frac{c}{t} = \frac{h - 2\left( R + t_{f} \right)}{t_{w}} = \frac{425 - 2\left( 15 + 52,6 \right)}{32,5} = 8,91 < 33\varepsilon\ $$
Półka:
$$\frac{c}{t} = \frac{b_{f} - t_{w} - 2R}{{2t}_{f}} = \frac{409 - 32,5 - 2 \bullet 15}{2 \bullet 52,6} = 3,29 < 9\varepsilon\ $$
Przekrój spełnia warunki klasy I
Wyznaczenie siły krytycznej:
$$N_{cr,y} = \frac{\pi^{2} \bullet E \bullet I_{z}}{L_{cr,y}^{2}} = \frac{{3,14}^{2} \bullet 210000 \bullet 60080 \bullet 10^{4}}{2670^{2}} = 174496,1\ kN$$
$$N_{cr,z} = \frac{\pi^{2} \bullet E \bullet I_{y}}{L_{cr,z}^{2}} = \frac{{3,14}^{2} \bullet 210000 \bullet 159600 \bullet 10^{4}}{3000^{2}} = 367171,5\ kN$$
Wyznaczenie smukłości:
$${\overset{\overline{}}{\lambda}}_{y} = \sqrt{\frac{Af_{y}}{N_{cr,y}}} = \sqrt{\frac{53710 \bullet 235}{174496,1 \bullet 10^{3}}} = 0,269$$
$${\overset{\overline{}}{\lambda}}_{z} = \sqrt{\frac{Af_{y}}{N_{cr,y}}} = \sqrt{\frac{53710 \bullet 235}{367171,5 \bullet 10^{3}}} = 0,185$$
Przyjęcie krzywych zwichrzenia:
$$\frac{h}{b} = \frac{425}{409} = 1,04 \leq 1,2\ \ i\ t_{f} \leq 100\ mm$$
αy = b = 0, 34
αz = c = 0, 49
Wyznaczenie parametru krzywej niestateczności:
$$\phi_{y} = 0,5\left\lbrack 1 + \alpha\left( {\overset{\overline{}}{\lambda}}_{y} - 0,2 \right) + {\overset{\overline{}}{\lambda}}_{y}^{2} \right\rbrack = 0,5\left\lbrack 1 + 0,49\left( 0,269 - 0,2 \right) + {0,269}^{2} \right\rbrack = 0,584$$
$$\phi_{z} = 0,5\left\lbrack 1 + \alpha\left( {\overset{\overline{}}{\lambda}}_{y} - 0,2 \right) + {\overset{\overline{}}{\lambda}}_{y}^{2} \right\rbrack = 0,5\left\lbrack 1 + 0,34\left( 0,185 - 0,2 \right) + {0,185}^{2} \right\rbrack = 0,517$$
Wyznaczenie współczynnika wyboczenia:
$$\chi_{y} = \frac{1}{\phi + \sqrt{\phi^{2} - {\overset{\overline{}}{\lambda}}_{y}^{2}}} = \frac{1}{0,605 + \sqrt{{0,605}^{2} - {0,269}^{2}}} = 0,87$$
$$\chi_{z} = \frac{1}{\phi + \sqrt{\phi^{2} - {\overset{\overline{}}{\lambda}}_{y}^{2}}} = \frac{1}{0,517 + \sqrt{{0,517}^{2} - {0,185}^{2}}} = 0,95$$
Sprawdzenie nośności na wyboczenie
$$N_{b,Rd} = \frac{\chi_{y} \bullet A \bullet f_{y}}{\gamma_{M0}} = \frac{0,87 \bullet 53710 \bullet 235}{1,0} = 10981,1\ kN$$
$$\frac{N_{\text{Ed}}}{N_{b,Rd}} = \frac{9800\ }{10981,1} = 0,89 \leq 1,0$$
4.2.2 Projektowanie słupa 3
NEd = 2475 kN
Dane przyjętego przekroju HD260x114:
h= 268 [mm]
b= 262 [mm]
tw= 12,5 [mm]
tf= 21,5 [mm]
A= 145,7 [cm2]
Iz= 6456 [cm4]
Iy= 18910 [cm4]
Obliczenie długości wyboczeniowej słupa:
Wyboczenie w osi Z:
$$\eta_{1} = \frac{K_{c} + K_{1}}{K_{c} + K_{1}} = 1$$
$$\eta_{2} = \frac{K_{c} + K_{1}}{K_{c} + K_{1}} = 1$$
μZ = 1
Wyboczenie w osi Y:
K11 = K12 = 25697 cm4
$$K_{c} = K_{1} = \frac{I_{\text{yc}}}{h_{c}} = \frac{6456}{300} = 21,52$$
$$K_{11} = K_{12} = \frac{I_{\text{yc}}}{l_{c}} = \frac{25697}{840} = 32,55$$
K2 = 48, 36
$$\eta_{1} = \frac{21,52 + 21,52}{21,25 + 21,25 + 32,55 + 32,55} = 0,398$$
$$\eta_{2} = \frac{21,52 + 48,36}{21,52 + 48,36 + 32,55 + 32,55} = 0,436$$
μZ = 0, 5 + 0, 14(η1+η2) + 0, 055(η1+η2)2=
= 0, 5 + 0, 14(0,398+0,436) + 0, 055(0,398+0,436)2 = 0, 657
Długości wyboczeniowe słupa:
Lcr, z = 1 • 3 = 3 m
Lcr, y = 0, 657 • 3 = 1, 98m
Sprawdzenie klasy przekroju:
$$\varepsilon = \sqrt{\frac{235}{f_{y}}} = \sqrt{\frac{235}{235}} = 1$$
Środnik:
$$\frac{c}{t} = \frac{h - 2\left( R + t_{f} \right)}{t_{w}} = \frac{268 - 2\left( 24 + 21,5 \right)}{12,5} = 14 < 33\varepsilon\ $$
Półka:
$$\frac{c}{t} = \frac{b_{f} - t_{w} - 2R}{{2t}_{f}} = \frac{262 - 12,5 - 2 \bullet 24}{2 \bullet 21,5} = 4,68 < 9\varepsilon\ $$
Przekrój spełnia warunki klasy I
Wyznaczenie siły krytycznej:
$$N_{cr,y} = \frac{\pi^{2} \bullet E \bullet I_{y}}{L_{cr,y}^{2}} = \frac{{3,14}^{2} \bullet 210000 \bullet 6456 \bullet 10^{4}}{1980^{2}} = 34096,7\ kN$$
$$N_{cr,z} = \frac{\pi^{2} \bullet E \bullet I_{z}}{L_{cr,z}^{2}} = \frac{{3,14}^{2} \bullet 210000 \bullet 18910 \bullet 10^{4}}{3000^{2}} = 43503,8\ kN$$
Wyznaczenie smukłości:
$${\overset{\overline{}}{\lambda}}_{y} = \sqrt{\frac{Af_{y}}{N_{cr,y}}} = \sqrt{\frac{14570 \bullet 235}{34096,7 \bullet 10^{3}}} = 0,317$$
$${\overset{\overline{}}{\lambda}}_{z} = \sqrt{\frac{Af_{y}}{N_{cr,y}}} = \sqrt{\frac{14570 \bullet 235}{43503,8 \bullet 10^{3}}} = 0,281$$
Przyjęcie krzywych zwichrzenia:
$$\frac{h}{b} = \frac{268}{262} = 1,02 \leq 1,2\ \ i\ t_{f} \leq 100\ mm$$
αy = b = 0, 34
αz = c = 0, 49
Wyznaczenie parametru krzywej niestateczności:
$$\phi_{y} = 0,5\left\lbrack 1 + \alpha\left( {\overset{\overline{}}{\lambda}}_{y} - 0,2 \right) + {\overset{\overline{}}{\lambda}}_{y}^{2} \right\rbrack = 0,5\left\lbrack 1 + 0,49\left( 0,317 - 0,2 \right) + {0,317}^{2} \right\rbrack = 0,58$$
$$\phi_{z} = 0,5\left\lbrack 1 + \alpha\left( {\overset{\overline{}}{\lambda}}_{y} - 0,2 \right) + {\overset{\overline{}}{\lambda}}_{y}^{2} \right\rbrack = 0,5\left\lbrack 1 + 0,34\left( 0,281 - 0,2 \right) + {0,281}^{2} \right\rbrack = 0,55$$
Wyznaczenie współczynnika wyboczenia:
$$\chi_{y} = \frac{1}{\phi + \sqrt{\phi^{2} - {\overset{\overline{}}{\lambda}}_{y}^{2}}} = \frac{1}{0,58 + \sqrt{{0,58}^{2} - {0,317}^{2}}} = 0,94$$
$$\chi_{z} = \frac{1}{\phi + \sqrt{\phi^{2} - {\overset{\overline{}}{\lambda}}_{y}^{2}}} = \frac{1}{0,55 + \sqrt{{0,55}^{2} - {0,281}^{2}}} = 0,97$$
Sprawdzenie nośności na wyboczenie
$$N_{b,Rd} = \frac{\chi_{y} \bullet A \bullet f_{y}}{\gamma_{M0}} = \frac{0,94 \bullet 14570 \bullet 235}{1,0} = 3218,5\ kN$$
$$\frac{N_{\text{Ed}}}{N_{b,Rd}} = \frac{2475\ }{3218,5} = 0,77 \leq 1,0$$
5. Projektowanie stężeń.
5.1 Stężenie na 1 kondygnacji
NEd=378,6 kN sinα=0,788
L=4,1m cosα=0,615
Α=52˚
Całkowita siła w tężniku:
S=$\frac{0,5*378,6}{2cos\alpha}$=147,2 kN
Dane przyjętego przekroju:
Kształtownik okrągły zamknięty 101,6x11
A=31,3 cm2
I= 326 cm4
t= 11mm
D=101,6 mm
Sprawdzenie klasy przekroju:
$$\frac{d}{t} = \frac{101,6}{11} = 9,69 < 50\varepsilon = 50$$
Przekrój klasy 1
Wyznaczenie siły krytycznej
$$\text{Ncr} = \frac{\pi^{2}EI_{y}}{L^{2}\text{cr},y} = \frac{{3,14}^{2} \bullet 210000 \bullet 326 \bullet 10^{4}}{4100^{2}} = 528,5\ kN$$
Wyznaczenie smukłości
$${\overset{\overline{}}{\lambda}}_{y} = \sqrt{\frac{Af_{y}}{N_{cr,y}}} = \sqrt{\frac{3130 \bullet 235}{528,5 \bullet 10^{3}}} = 1,39$$
Krzywa zwichrzenia:
α= a= 0,21
Wyznaczenie parametru krzywej niestateczności:
$$\phi_{y} = 0,5\left\lbrack 1 + \alpha\left( {\overset{\overline{}}{\lambda}}_{y} - 0,2 \right) + {\overset{\overline{}}{\lambda}}_{y}^{2} \right\rbrack = 0,5\left\lbrack 1 + 0,21\left( 1,39 - 0,2 \right) + {1,39}^{2} \right\rbrack = 1,59$$
Wyznaczenie współczynnika wyboczenia
$$\chi_{y} = \frac{1}{\phi + \sqrt{\phi^{2} - {\overset{\overline{}}{\lambda}}_{y}^{2}}} = \frac{1}{1,59 + \sqrt{{1,59}^{2} - {1,39}^{2}}} = 0,41$$
Sprawdzenie nośności na wyboczenie:
$$N_{b,Rd} = \frac{\chi_{y} \bullet A \bullet f_{y}}{\gamma_{M0}} = \frac{0,41 \bullet 3130 \bullet 235}{1,0} = 411,14\ kN$$
$$\frac{N_{\text{Ed}}}{N_{b,Rd}} = \frac{378,6\ }{411,14} = 0,92 \leq 1,0$$
5.2 Stężenie na 8 kondygnacji
NEd=271,49 kN sinα=0,766
L=3,91m cosα=0,643
Α=50˚
Całkowita siła w tężniku:
S=$\frac{0,5*378,6}{2cos\alpha}$=81,78 kN
Dane przyjętego przekroju:
Kształtownik okrągły zamknięty 101,6x4,5
A=13,7 cm2
I= 162 cm4
t= 4,5mm
D=101,6 mm
Sprawdzenie klasy przekroju:
$$\frac{d}{t} = \frac{101,6}{4,5} = 22,58 < 50\varepsilon = 50$$
Przekrój klasy 1
Wyznaczenie siły krytycznej
$$\text{Ncr} = \frac{\pi^{2}EI_{y}}{L^{2}\text{cr},y} = \frac{{3,14}^{2} \bullet 210000 \bullet 162 \bullet 10^{4}}{3910^{2}} = 316,53\ kN$$
Wyznaczenie smukłości
$${\overset{\overline{}}{\lambda}}_{y} = \sqrt{\frac{Af_{y}}{N_{cr,y}}} = \sqrt{\frac{1370 \bullet 235}{316,53 \bullet 10^{3}}} = 1,01$$
Krzywa zwichrzenia:
α= a= 0,21
Wyznaczenie parametru krzywej niestateczności:
$$\phi_{y} = 0,5\left\lbrack 1 + \alpha\left( {\overset{\overline{}}{\lambda}}_{y} - 0,2 \right) + {\overset{\overline{}}{\lambda}}_{y}^{2} \right\rbrack = 0,5\left\lbrack 1 + 0,21\left( 1,01 - 0,2 \right) + {1,01}^{2} \right\rbrack = 1,09$$
Wyznaczenie współczynnika wyboczenia
$$\chi_{y} = \frac{1}{\phi + \sqrt{\phi^{2} - {\overset{\overline{}}{\lambda}}_{y}^{2}}} = \frac{1}{1,09 + \sqrt{{1,09}^{2} - {1,01}^{2}}} = 0,67$$
Sprawdzenie nośności na wyboczenie:
$$N_{b,Rd} = \frac{\chi_{y} \bullet A \bullet f_{y}}{\gamma_{M0}} = \frac{0,67 \bullet 1370 \bullet 235}{1,0} = 411,14\ kN$$
$\frac{N_{\text{Ed}}}{N_{b,Rd}} = \frac{81,78\ }{214,65} = 0,39 \leq 1,0$ warunek spełniony
5.1 Stężenie na 15 kondygnacji
NEd=118,77 kN sinα=0,766
L=3,91m cosα=0,643
Α=50˚
Całkowita siła w tężniku:
S=$\frac{0,5*118,77}{2cos\alpha}$=71,55 kN
Dane przyjętego przekroju:
Kształtownik okrągły zamknięty 101,6x2,5
A=7,78 cm2
I= 95,6cm4
t= 2,5mm
D=101,6 mm
Sprawdzenie klasy przekroju:
$$\frac{d}{t} = \frac{101,6}{2,5} = 40,64 < 50\varepsilon = 50$$
Przekrój klasy 1
Wyznaczenie siły krytycznej
$$\text{Ncr} = \frac{\pi^{2}EI_{y}}{L^{2}\text{cr},y} = \frac{{3,14}^{2} \bullet 210000 \bullet 95,6 \bullet 10^{4}}{3910^{2}} = 186,76\ kN$$
Wyznaczenie smukłości
$${\overset{\overline{}}{\lambda}}_{y} = \sqrt{\frac{Af_{y}}{N_{cr,y}}} = \sqrt{\frac{778 \bullet 235}{186,76 \bullet 10^{3}}} = 0,99$$
Krzywa zwichrzenia:
α= a= 0,21
Wyznaczenie parametru krzywej niestateczności:
$$\phi_{y} = 0,5\left\lbrack 1 + \alpha\left( {\overset{\overline{}}{\lambda}}_{y} - 0,2 \right) + {\overset{\overline{}}{\lambda}}_{y}^{2} \right\rbrack = 0,5\left\lbrack 1 + 0,21\left( 0,99 - 0,2 \right) + {0,99}^{2} \right\rbrack = 1,09$$
Wyznaczenie współczynnika wyboczenia
$$\chi_{y} = \frac{1}{\phi + \sqrt{\phi^{2} - {\overset{\overline{}}{\lambda}}_{y}^{2}}} = \frac{1}{1,09 + \sqrt{{1,09}^{2} - {0,99}^{2}}} = 0,61$$
Sprawdzenie nośności na wyboczenie:
$$N_{b,Rd} = \frac{\chi_{y} \bullet A \bullet f_{y}}{\gamma_{M0}} = \frac{0,61 \bullet 778 \bullet 235}{1,0} = 93,24\ kN$$
$$\frac{N_{\text{Ed}}}{N_{b,Rd}} = \frac{71,55\ }{93,24} = 0,77 \leq 1,0$$
6. Wymiarowanie połączeń
6.1 Połączenie przegubowe belki B1 ze słupem
Połączenie zakładkowe śrubowe kątowników z belką
Połączenie zakładkowe kątowników L 130x130x12 ze środnikiem:
FEd=50,73 kN
Przyjęto 3 śruby M18 kl. 6.8:
Granica plastyczności: fyb=480 N/mm2
Wytrzymałość na rozciąganie: fub=600 N/mm2
Pole przekroju czynnego śruby: As=161 mm2
Średnica śruby: d = 16 mm
Średnica otworu: d0=18 mm
Częściowy współczynnik bezpieczeństwa γM2=1, 25
Sprawdzenie poprawności rozmieszczenia łączników:
e1 = 25 mm > 1, 2d0 = 1, 2 • 18 = 21, 6 mm
e2 = 25 mm > 1, 2d0 = 1, 2 • 18 = 21, 6 mm
p1 = 40 mm > 2, 2d0 = 2, 2 • 18 = 39, 6 mm
Płaszczyzna ścinania nie przechodzi przez gwintowaną
część śruby, więc dla klasy śrub 6.8 – αv = 0, 5
- Nośność na ścinanie wynosi:
$$F_{v,Rd} = \frac{\alpha_{v}f_{\text{ub}}A_{s}}{\gamma_{M2}} = \frac{0,5 \bullet 600 \bullet 161\ }{1,25} = \mathbf{38,64\ kN}$$
- Nośność śruby na docisk do kątownika:
$$\mathbf{F}_{\mathbf{b,Rd,1}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{k}_{\mathbf{1}}\mathbf{\alpha}_{\mathbf{b}}\mathbf{f}_{\mathbf{u}}\mathbf{\text{dt}}_{\mathbf{1}}}{\mathbf{\gamma}_{\mathbf{M}\mathbf{2}}}$$
Śruba skrajna:
$$\alpha_{b} = min\left\{ \begin{matrix}
\alpha_{d} = \frac{e_{1}}{{3d}_{0}} = \frac{25}{\ 3 \bullet 18\ } = \ 0,46\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \\
\text{\ \ \ } \\
\frac{f_{\text{ub}}}{f_{u}} = \frac{\ 600\ }{510} = \ \ 1,17\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \\
1,0\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \\
\end{matrix} \right.\ $$
αb= 0,46
$$F_{b,Rd,1} = \frac{2,19 \bullet 0,46 \bullet 510 \bullet 16 \bullet 12\ }{1,25} = \mathbf{78,92\ kN}$$
Śruba pośrednia:
$$\alpha_{b} = min\left\{ \begin{matrix}
\alpha_{d} = \frac{p_{1}}{{3d}_{0}} - \frac{1}{4} = \frac{40}{\ 3 \bullet 18\ } - \frac{1}{4} = 0,49\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \\
\text{\ \ \ } \\
\frac{f_{\text{ub}}}{f_{u}} = \ \frac{\ 600\ }{510} = \ \ 1,17\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \\
1,0\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \\
\end{matrix} \right.\ $$
αb= 0,49
$$F_{b,Rd,2} = \frac{2,19 \bullet 0,49 \bullet 510 \bullet 16 \bullet 12\ }{1,25} = \mathbf{84,07\ kN}$$
- Nośność grupy łączników:
FRd = nb • Fv, Rd = 3 • 38, 64 = 115, 92 kN > FEd = 50, 73 kN
- Nośność na rozerwanie blokowe środnika belki:
$$V_{eff,1,Rd} = \frac{f_{u}A_{\text{nt}}}{\gamma_{M2}} + \left( 1/\sqrt{3} \right)f_{y}A_{\text{nv}}/\gamma_{M0}$$
Ant = (e2−d0/2)tw = (25−18/2) • 12 = 192 cm2
Anv = (p1+e1−1, 5d0)tw = (40+25−1,5•18 ) • 12 = 456 cm2
- Sprawdzenie warunków nośności:
$$V_{eff,1,Rd} = \frac{510 \bullet \ 192}{1,25} + \left( 1/\sqrt{3} \right) \bullet \ 235\ \bullet \frac{456}{1,0} = 171,79\ kN > \ \ F_{\text{Ed}} = 50,73\ kN$$
Nośność połączenia została zapewniona.
6.2Połączenie sztywne belki B3 ze słupem
Stal 235:
- Nominalna wartość granicy plastyczności fy = 235 N/mm2 dla tmax < 40 mm
- Nominalna wartość wytrzymałości na rozciąganie fu = 360 N/mm2 dla tmax < 40 mm
Blachownica 130x550:
h= 550 mm
b=130 mm
Wy = 1019,77 ·103 cm3
Weff,y = 1570,38 ·103 cm3
tf = 12 mm
tw= 4 mm
A= 52,24 ·102 cm2
Słup HD 260x114 :
h = 268 mm
b = 262 mm
tf = 21,5 mm
tw = 12,5 mm
A= 145,7 cm2
Obciążenie węzła:
MEd =223,8 kNm
VEd = 162,4 kN
Nośność węzła spawanego:
Mj,Rd = Fmin z
Nośność środnika słupa na ścinanie
$$V_{\text{wp.Rd}} = \frac{0,9f_{\text{yw}}A_{V}}{\sqrt{3} \bullet \gamma_{M0}}$$
Przekrój czynny słupa naścinanie
Av = A − 2bftf + twtf = 14570 − 2 • 262 • 21, 5 + 12, 5 • 21, 5 = 3572, 8 mm2
$$V_{\text{wp.Rd}} = \frac{0,9 \bullet 235 \bullet 3572,8}{\sqrt{3} \bullet 1,0} = 496,3\ kN$$
Nośność środnika słupa na ściskanie
$$F_{\text{w.Rd}} = \frac{\omega k_{w}b_{eff,w}t_{w}f_{\text{yw}}}{\gamma_{M0}}$$
Effektywna szerokość środnika słupa przy ściskaniu:
$$b_{eff,w} = t_{f} + 2\sqrt{2}a_{f} + 5(t_{f} + s)$$
Grubośc spoin: af = 6, s = 24
$b_{eff,w} = 12 + 2\sqrt{2} \bullet 6 + 5\left( 21,5 + 15 \right) =$211,5 mm
Parametr przeniesienia dla węzłów jednostronnych β=1,0
Współczynnik redukcyjny dla β=1,0 → ω = ω1
$$\omega_{1} = \frac{1}{\sqrt{1 + 1,3\left( \frac{b_{eff,w}t_{w}}{A_{V}} \right)^{2}}} = \frac{1}{\sqrt{1 + 1,3\left( \frac{211,5 \bullet 12,5}{3572,8} \right)^{2}}} = 0,718$$
$$F_{\text{w.Rd}} = \frac{0,718 \bullet 1 \bullet 211,5 \bullet 12,5 \bullet 235}{1,0} = 446,1\ kN$$
Smukłość środnika
$${\overline{\lambda}}_{p} = 0,932\sqrt{\frac{b_{eff,w}d_{w}f_{\text{yw}}}{Et_{w}^{2}}}$$
dw = h − 2tf = 268 − 2 • 21, 5 = 225 mm
$${\overline{\lambda}}_{p} = 0,932\sqrt{\frac{211,5 \bullet 225 \bullet 235}{210 \bullet 10^{3} \bullet {12,5}^{2}}} = 0,608 < 0,72\ \ \rightarrow \ \ p = 1$$
Nośność pasów i środnika belki przy ściskaniu:
$$F_{c,f,Rd} = \frac{M_{c,Rd}}{h - t}$$
Nośnośc obliczeniowa przekroju na zginanie
$$M_{c,Rd} = \frac{W_{eff,y}f_{y}}{\gamma_{M0}} = \frac{1570,38 \bullet 10^{3} \bullet 235}{1,0} = 369,04\ kNm$$
Nośność plastyczna na ścinanie
$$V_{pl,Rd} = \frac{A_{V}f_{y}}{\sqrt{3}\gamma_{M0}}$$
AV = A − 2btf + twtf = 5224 − 2 • 130 • 12 + 4 • 12 = 2152 mm2
$$V_{pl,Rd} = \frac{A_{V}f_{y}}{\sqrt{3}\gamma_{M0}} = \frac{2152 \bullet 235}{\sqrt{3} \bullet 1,0} = 357,6\ kN$$
Ponieważ VEd = 162,4 kN < 0,5 Vpl,Rd = 178,8 kN, nie jest konieczna redukcja nośności na zginanie Mpl,Rd ze względu na siłę poprzeczną:
$$F_{c,f,Rd} = \frac{369040}{55 - 12} = 8582,3\ kN$$
Nośnośc środnika słupa przy rozciąganiu
$$F_{t,w,Rd}\frac{\omega b_{eff,w}t_{w}f_{y,w}}{\gamma_{M0}} = \frac{0,718 \bullet 211,5 \bullet 12,5 \bullet 235}{1,0} = 446,1\ kN$$
Nośność pasów słupa przy zginaniu:
$$F_{t,w,Rd} = \frac{b_{eff,w}t_{f}f_{y,w}}{\gamma_{M0}} = \frac{211,5 \bullet 21,5 \bullet 235}{1,0} = 1068,6\ kN$$
Fmin = min (Vwp.Rd , Fw.Rd , Fc, f, Rd , Ft, w, Rd) = min (496,3; 446,1; 8582,3; 1068,6)
Fmin = = 446,1 kN
Nośnośc węzła: Mj,Rd = Fmin z = 446,1(550–12,5)= 240,0 kN
$$\frac{M_{j,Ed}}{M_{j,Rd}} = \frac{223,8}{240,0} = 0,93\ \ < 1$$
Warunek nośności spełniony
Nośność spoin
Nośnośc pasa belki
$$N_{f} = t_{f}b_{f}\frac{f_{y}}{\gamma_{M0}} = 12 \bullet 130 \bullet \frac{235}{1,0} = 366,6kN$$
Nośność spoin łączących pasy belki ze słupem
$$\sqrt{\sigma_{\bot}^{2} + 3(\tau_{\bot}^{2} + \tau_{\parallel}^{2})} \leq \frac{f_{u}}{\beta_{w}\gamma_{M2}}$$
$$\sigma_{\bot} = \tau_{\bot} = \frac{\sigma}{\sqrt{2}}\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }\tau_{\text{II}} = 0$$
$$\sqrt{2}\sigma \leq \frac{f_{u}}{\beta_{w}\gamma_{M2}}$$
$$\sigma = \frac{N_{f}}{a_{w}\sum_{}^{}l_{w}}$$
$$a_{w} \geq \frac{N_{f}\sqrt{2}\beta_{w}\gamma_{M2}}{f_{u}\sum_{}^{}l_{w}}$$
$$\sum_{}^{}l_{w} = b_{\text{eff}} + 2c$$
Szerokośc współpracująca pasa belki
beff = tw + 2s + 7tf= 12,5+ 2 ·24 +7 ·21,5 = 211mm
$$k = \frac{t_{\text{fs}}}{t_{\text{fb}}} \bullet \frac{f_{\text{yf}}}{f_{\text{yb}}} = \frac{21,5}{12} \bullet 1 = 1,79 > 1\ \rightarrow \ \ k = 1$$
s =$\sqrt{2}a = \sqrt{2} \bullet 6 = 8,5\ mm\ \ (dwuteowniki\ spawane)$
Sprawdzenie konieczności użebrowania słupa
$$b_{\text{eff}} = 211\ mm > \ \frac{f_{\text{yb}}}{f_{\text{ub}}}b_{\text{fb}} = \frac{235}{360}\ 262 = 171,0\ mm$$
Nie ma potrzeby stosowania żeber poziomych
$$c = \frac{b_{\text{eff}} - t_{w}}{2} = \frac{211 - 4}{2} = 103,5\ mm$$
$$\sum_{}^{}l_{w} = b_{\text{eff}} + 2c = 211 + 2 103,5 = 418\ mm$$
Współczynnik korelacji βw = 0, 9
$$a_{w,f} \geq \frac{N_{f}\sqrt{2}\beta_{w}\gamma_{M2}}{f_{u}\sum_{}^{}l_{w}} = \frac{366000 \bullet \sqrt{2} \bullet 0,9 \bullet 1,25}{360 \bullet 418} = 3,9\ mm$$
$$a_{w,f} \geq \frac{N_{f}\gamma_{M2}}{{0,9\sqrt{2}f}_{u}\sum_{}^{}l_{w}} = \frac{366000 \bullet 1,25}{0,9 \bullet \sqrt{2} \bullet 360 \bullet 418} = 2,3\ mm$$
Przyjęto aw, f = 8 mm > aw, lim = 3 mm
Sprawdzenie nośności przy założeniu sprężystego rozkładu naprężeń
$I_{y} = 2\left\lbrack 130 \bullet 8 \bullet 275^{2} + 2 \bullet 57 \bullet 263^{2} + \frac{4 \bullet 526^{3}}{12} \right\rbrack =$2,9 •108 mm4
Naprężenia w punkcie 1
$$\sigma_{1} = \frac{M_{\text{Ed}}z}{I_{y}} = \frac{223,3 \bullet 10^{6} \bullet 275}{2,9\ \bullet 10^{8}\text{\ mm}^{4}} = 211,75\ N/\text{mm}^{2}$$
$$\sqrt{2}\sigma_{1} = \sqrt{2} \bullet 211,75 = 299,5N/\text{mm}^{2}\ \leq \frac{f_{u}}{\beta_{w}\gamma_{M2}} = \frac{360}{0,9 \bullet 1,25} = 320N/\text{mm}^{2}$$
$$\sigma_{\bot} = \frac{\sigma_{1}}{\sqrt{2}} = \frac{211,75}{\sqrt{2}} = 149,7N/\text{mm}^{2}\ < 0,9\frac{f_{u}}{\gamma_{M2}} = 0,9\frac{360}{1,25} = 259,2N/\text{mm}^{2}$$
Naprężenia w punkcie 2
$$\sigma_{2} = \frac{M_{\text{Ed}}z}{I_{y}} = \frac{223,3 \bullet 10^{6} \bullet 263}{2,9\ \bullet 10^{8}\text{\ mm}^{4}} = 202,51\ N/\text{mm}^{2}$$
$$\sigma_{\bot} = \tau_{\bot} = \frac{\sigma_{2}}{\sqrt{2}} = \frac{202,51}{\sqrt{2}} = 143,2N/\text{mm}^{2}\ < 0,9\frac{f_{u}}{\gamma_{M2}} = 0,9\frac{360}{1,25} = 259,2N/\text{mm}^{2}$$
$$\tau_{\text{II}} = \frac{V_{\text{Ed}}}{A_{w}} = \frac{162400}{2 \bullet 4 \bullet 526} = 38,6\ N/\text{mm}^{2}$$
Sprawdzenie nośności spoin
$$\sqrt{143,2,2^{2} + 3 \bullet ({143,2}^{2} + {36,8}^{2})} = 293,41\ N/\text{mm}^{2} < \frac{f_{u}}{\beta_{w}\gamma_{M2}} = \frac{360}{0,9 \bullet 1,25} = 320N/\text{mm}^{2}$$
Warunki nośności zostały spełnione
6.3 Połączenie belki drugorzędnej do żebra podciągu.
FEd= 60,65kN
Sruby klasy 4,6 M 20: fyb=240N/mm fub= 400N/mm do= 22mm
A =314 mm2 As= 245 mm2 d = 20mm
Sprawdzenie poprawności rozmieszczenia łączników:
e1= 30mm > 1,2 do=26,4 mm
e2= 30mm > 1,2 do=26,4 mm
P1= 80mm > 2,2 do=48,4 mm
Płaszczyzna ścinania nie przechodzi przez gwintowaną część śruby więc αv=0,6
Nośnośc na ścinanie:
Fv,Rd= $\frac{{\alpha_{v} \cdot f}_{\text{ub}} \cdot A}{\gamma_{m2}}$=$\frac{0,6 \cdot 400 \cdot 314}{1,25}$= 60,3 kN
Nośność na docisk:
$$\alpha_{b} = min\left\{ \begin{matrix}
\alpha_{d} = \frac{e_{1}}{{3d}_{0}} = \frac{30}{\ 3 \bullet 22} = \ 0,454\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \\
\text{\ \ \ } \\
\frac{f_{\text{ub}}}{f_{u}} = \frac{\ 400\ }{360} = \ \ 1,11\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \\
1,0\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \\
\end{matrix} \right.\ $$
αb= 0,454
$F_{b,Rd,1} = \frac{k_{1}\alpha_{b}f_{u}\text{dt}_{1}}{\gamma_{M2}}$ = $\frac{0,454 \bullet 2,11 \bullet 360 \bullet 20 \bullet 9\ }{1,25} = \mathbf{49,65\ kN}$
Nośność śrub:
FRd=2⋅49,65= 99,3 kN
$\frac{F_{\text{Ed}}}{F_{\text{Rd}}} = \frac{60,65}{99,3} = 0,61 < 1$ warunek spełniony
Nośność na rozerwanie blokowe panelu środnika belki:
$$V_{eff,1,Rd} = \frac{f_{u}A_{\text{nt}}}{\gamma_{M2}} + \left( 1/\sqrt{3} \right)f_{y}A_{\text{nv}}/\gamma_{M0}$$
Ant = (e2−d0/2)tw = (30−22/2) • 9 = 171 mm2
Anv = (p1+e1−1, 5d0)tw = (80+30−1,5•22 ) • 9 = 693 mm2
- Sprawdzenie warunków nośności:
$$V_{eff,1,Rd} = \frac{360 \bullet \ 171}{1,25} + \left( 1/\sqrt{3} \right) \bullet \ 235\ \bullet \frac{693}{1,0} = 143,3\ kN > \ \ F_{\text{Ed}} = 50,73\ kN$$
Nośność połączenia została zapewniona.
Połączenie słupa HD 400x677 ze słupem HD 400x421
Zastosowano połączenie zakładkowe. Założono, że siły będą przenoszone wyłącznie przez nakładki, a przykładki zastosowano konstrukcyjnie.
Dane:
fy = 235 N/mm2
fu = 360 N/mm2
Dane przekroju HD 400x677
h=483 [mm]
b= 428 [mm]
tw= 51,2 [mm]
tf= 81,5 [mm]
Dane przekroju HD 400x421
h= 425 [mm]
b= 409 [mm]
tw= 32,5 [mm]
tf= 52,6 [mm]
Śruby M42 klasy 10.9:
fyb = 900 N/mm2
fub = 1000 N/mm2
d = 42 mm
d0 = 44 mm
As = 1385 mm2
Wymiar nakładek zastosowano stal 355:
290x940x20 mm
Wymiary przekładek:
290x470x9 mm
Siła działające na słup:
FED = 9800kN
$F_{\text{EDo}} = \frac{9800}{2 \bullet 12} = 408,3$ – siła działająca na jedną śrubę
Sprawdzenie nośności blachy ze stali S355:
Anet = (290−2•44) • 20 = 4040 mm2
$$N_{u,Rd} = \frac{0,9A_{\text{net}} \bullet fu}{\gamma_{M2}} = \frac{0,9 \bullet 4040 \bullet 550}{1,25} = 1599,84\ kN$$
$\frac{F_{Ed,1}}{N_{u,Rd}} = \frac{816,7}{1599,84} = 0,51 < 1$ warunek spełniony
Sprawdzenie nośności środnika:
Anet = (320−2•44) • 32, 5 = 7540 mm2
$$N_{u,Rd} = \frac{0,9A_{\text{net}} \bullet fu}{\gamma_{M2}} = \frac{0,9 \bullet 7540 \bullet 360}{1,25} = 1954,37\ kN$$
$\frac{F_{Ed,1}}{N_{u,Rd}} = \frac{816,7}{1954,37} = 0,42 < 1$ warunek spełniony
Sprawdzenie nośności połączenia:
Wymiarowanie rozstawu śrub:
e1 = 1, 2d0 = 1, 2 • 44 = 52, 8 mm przyjeto 85 mm
e2 = 1, 2d0 = 1, 2 • 44 = 52, 8 mm przyjeto 85 mm
p1 = 2, 2d0 = 2, 2 • 44 = 96, 8 mm przyjeto 150 mm
p2 = 2, 4d0 = 2, 4 • 44 = 105, 6 mm przyjeto 150 mm
Obliczeniowa nośność śruby na ścinanie przechodzącą przez przekładkę:
Przyjęto że płaszczyzna ścinania nie przechodzi przez gwintowaną część śruby.
A = As = 1385 mm2
av = 0, 6
$$F_{v,Rd} = \frac{\text{\ a}_{v}\text{\ f}_{\text{ub}}\text{\ A}}{\gamma_{M2}} = \frac{0,6 \bullet 1000 \bullet 1345}{1,25} = 645,6\ kN$$
Obliczeniowa nośność śrub na docisk do otworu:
$$k_{1} = \min\left\{ \begin{matrix}
2,8\frac{e_{2}}{d_{0}} = 2,8 \bullet \frac{58}{44} - 1,7 = 3,71 \\
1,4\frac{p_{2}}{d_{0}} - 1,7 = 1,4 \bullet \frac{150}{44} - 1,7 = 3,07 \\
2,5 \\
\end{matrix} \right.\ $$
$$a_{b} = \min\left\{ \begin{matrix}
\frac{e_{1}}{3d_{0}} = \frac{150}{3 \bullet 44} = 0,5 \\
\frac{p_{1}}{3d_{0}} - \frac{1}{4} = \frac{150}{3 \bullet 44} - \frac{1}{4} = 0,89 \\
\frac{f_{\text{ub}}}{f_{u}} = \frac{1000}{360} = 2,77 \\
1,0 \\
\end{matrix} \right.\ $$
Dla blachy nakładkowej ze stali S355
Obliczeniowa nośność śruby skrajnej na docisk:
$$F_{b,Rd,1} = \frac{k_{1}\text{\ a}_{b}\text{\ f}_{u}\text{d\ t}}{\gamma_{M2}} = \frac{2,5 \bullet 0,5 \bullet 550 \bullet 44 \bullet 20}{1,25} = 484,2\ kN$$
Obliczeniowa nośność śruby pośredniej na docisk
$$F_{b,Rd,2} = \frac{k_{1}\text{\ a}_{b}\text{\ f}_{u}\text{d\ t}}{\gamma_{M2}} = \frac{2,5 \bullet 0,89 \bullet 550 \bullet 44 \bullet 20}{1,25} = 861,5\ kN$$
Warunek nośności:
Fv, Rd = min(Fv, Rd; Fb, Rd, 1; Fb, Rd, 2) = min(645,6 ;484,2; 861,5) = 484, 2 kN
$$\frac{F_{v,Ed}}{F_{v,Rd}} = \frac{408,3}{484,2} = 0,84 < 1$$
Warunek spełniony
Dla środnika:
Obliczeniowa nośność śruby skrajnej na docisk:
$$F_{b,Rd,1} = \frac{k_{1}\text{\ a}_{b}\text{\ f}_{u}\text{d\ t}}{\gamma_{M2}} = \frac{2,5 \bullet 0,5 \bullet 360 \bullet 44 \bullet 32,5}{1,25} = 514,8\ kN$$
Obliczeniowa nośność śruby pośredniej na docisk
$$F_{b,Rd,2} = \frac{k_{1}\text{\ a}_{b}\text{\ f}_{u}\text{d\ t}}{\gamma_{M2}} = \frac{2,5 \bullet 0,89 \bullet 360 \bullet 44 \bullet 32,5}{1,25} = 916,3\ kN$$
Warunek nośności:
Fv, Rd = min(Fv, Rd; Fb, Rd, 1; Fb, Rd, 2) = min(645,6 ;514,8; 916,3) = 484, 2 kN
$\frac{F_{v,Ed}}{F_{v,Rd}} = \frac{408,3}{514,8} = 0,79 < 1$ warunek spełniony