Stal - stop żelaza z węglem i innymi pierwiastkami otrzymywany w procesach stalowniczych oraz obrabiany plastycznie. Max. zawartość węgla w stali wynosi 2%. Natomiast w budownictwie stosuje się stale, w których zawartość węgla mieści się miedzy 0,2 - 0,7%. W stalach na konstrukcje nośne ilość węgla nie przekracza 0,3%. Ze względu na swą strukturę, sprężystość i izotropowość, stal najbardziej odpowiada założeniom teorii sprężystości. Jest doskonałym materiałem konstrukcyjnym ze względu na swą wysoką i zbliżoną wytrzymałość na rozciąganie, ściskanie i zginanie oraz dużą wytrz. na ścinanie. Ponadto stal ma wiele cech plastycznych: ciągliwość (możliwość gięcia, prostowania, skręcania oraz walcowania na zimno i gorąco), udarność, spawalność (możliwość produkcji szerokiego asortymentu prod. stalowych). Współczesna technologia masowej produkcji stali polega na 2 stopniowym przerobie rudy żelaza na stal surową. W 1 fazie przerobu w wielkim piecu następuje redukcja żelaza jako pierwiastka z tlenowych związków ród i oddzielenie od skały płonnej. Produktem tu jest surówka żelaza. W 2 etapie w piecach Martenowskich lub w konwentorach tlenowych usuwa się z surówki domieszki do granic wymaganych, a zanieczyszczenia do granic dopuszczalnych. Produktem procesu utleniania jest stal.

Feryt - roztwór stały węgla w żelazie
krystalizujący w układzie regularnym przestrzenno centrycznym. Jest miękki i plastyczny, gdyż stanowi prawie czyste żelazo.

Austenit - roztwór stały węgla w żelazie
krystalizujący w układzie regularnym płaskocentrycznym.

Cementyt - zwany węglikiem żelaza krystalizuje w układzie rombowym. Występuje w 2 postaciach: pierwotny (krystalizujący z roztworem ciekłego węgla w żelazie zgodnie ze zmianą rozpuszczalności), wtórny (wydzielający się w stanie stałym z austenitu w skutek malejącej rozpuszczalności węgla w żelazie
), cementyt trzeciorzędowy (wydzielający się z ferrytu, również w skutek małej rozpuszczalności w żelazie
). Bardzo twardy i kruchy.

Stale niestopowe (węglowe) - stal o niskiej zawartości węgla poniżej 0,1% ma strukturę prawie czysto ferytyczną (miękkie, plastyczne). Przy większej zawartości węgla w strukturze stali pojawiaj się perlit płytkowy. Fosfor i siarka są składnikami powodującymi kruchość stali, pozostałe pierwiastki jak mangan i krzem poprawiają własności.

S - stal spawalna

X - stal nieuspokojona

Y - stal półuspokojona

Cu - stal z dodatkiem miedzi

V - z dodatkiem wanadu

Znak stali niskostopowej składa się z liter i cyfr. Pierwsza liczba oznacza w przybliżeniu średnią zawartość węgla w setnych %, litery określają pierwiastki stopowe, liczba po literze oznacza % max zawartość pierwiastka stopowego. A- wyższa jakość i ograniczona zawartość siarki i fosforu.

Stale budowlane

Podstawowe stałe materiałowe dla wszystkich gatunków stali, niezależ­nie od struktury wewnętrznej i składu chemicznego, są następujące:

1) masa objętościowa γ = 7850 kg/m³ ;

2) moduł sprężystości podłużnej E = 205 GPa;

3) moduł sprężystości poprzecznej G = 80 GPa;

4) współczynnik Poissona v = 0,30 ;

5)współczynnik rozszerzalności cieplnej liniowej e = 0,000012 1/⁰C;

6) współczynnik tarcia kinetycznego w łożyskach podporowych: [PN-90/B-03200]

a) przy ślizganiu płaskich powierzchni
t = 0,2 ,

b) przy ślizganiu powierzchni krzywej po płaskiej
t = 0,1 + 0,2 ,

c) przy toczeniu
t = 0,03.

Formy zniszczenia elementów stalowych : plastyczne i kruche.

Zniszczenie plastyczne powstaje w skutek pokonania spójności materiału w płaszczyznach poślizgu (w przypadku takiego złamu plastycznego, dla określenia naprężenia zredukowanego stosuje się hipotezę Hubera- Milesa - Henckyego). Zniszczenie kruche występuje wówczas gdy obciążenie wywoła w płaszczyznach sieci naprężenia przekraczające spójność materiału, hipoteza deSaint-Venanta. Stal i stopy aluminium w obszarze zwykłych temp. eksploatacyjnych przy prawidłowym kształcie elementów oraz przy prawidłowej technologii ich wykonania wykazują zazwyczaj zniszczenie plastyczne. Stal ulega kruchemu zniszczeniu w obniżonych temp.

Zasady obliczeń eksploatacji

Konstrukcje w przeciętnych warunkach eksploatacji korozją i w temp. mniejszej od 150 C. wartość zmienności naprężenia musi być
,
. Przyjmuje się, że zakres zmienności naprężeń określa się na podstawie wartości charakterystycznych obciążeń eksploatacyjnych pomnożonych przez wsp. dynamiczny
i wsp. konsekwencji zniszczenia
. W przypadku występowania naprężeń przemiennych lub wyłącznie ściskających
,
będziemy obliczać ze wzoru:
. W przypadku nieregularnej zmienności naprężeń zakres zmienności nap. określamy jako zakres równoważny.

wsp. niejednorodności widma.

Nośność konstrukcji

Deterministyczna ocena bezpieczeństwa

Deterministyczna ocena bezpieczeństwa wiąże się z wartościami nominalnymi (normowymi) tak naprężeń dopuszczalnych jak i obciążeń określonymi głównie na podstawie doświadczenia zdobytego przy realizacji takich samych lub podobnych konstrukcji budowlanych.

Metoda stanów granicznych

- stan graniczny nośności lub zniszczenia

- stan graniczny użytkowania

W koncepcji stanów granicznych wprowadza się na rachunku prawdopodobieństwa i statystyce matematycznej analizę niektórych parametrów niezawodności (np. cech wytrzymałościowych i geometrycznych wyrobów stalowych, a także obciążeń działających na konstrukcje) oraz arbitralne potraktowanie pozostałych parametrów bezpieczeństwa np. konsekwencji zniszczenia konstrukcji. W koncepcji tej uwzględnia się prace konstrukcji w obszarze sprężysto plastycznym. W metodzie naprężeń dopuszczalnych operuje się obciążeniami charakterystycznymi podczas gdy w metodach stanów granicznych wprowadza się obciążenia obliczeniowe. Odpowiednio w met. nap. dop. wymiarowanie odbywa się na podstawie wartości obliczeniowych f_d wytrzymałości. Współczynnik n dotyczy cech mechanicznych i geometrycznych konstrukcji, obciążenia działającego na konstrukcje oraz dokładności obliczeń i ich zgodności z rzeczywistą pracą konstrukcji.

Obliczenie poziomu pierwszego (półprobalistyczne)

Sprawdzenie niezależności opiera się na wartościach obliczeniowych. Obciążenie: F=
uwzględniamy losowość obciążenia. Wytrzymałość obliczeniowa: f_d=f_yk/

- możliwość niekorzystnych odchyleń losowej wytrzymałości materiałów od wartości charakterystycznej, różnice między własnościami konstrukcji i własnościami uzyskanymi w badaniu próbek.

możliwość niekorzystnych odchyleń obciążenia od wartości charakterystycznych

Niepewność modelu teoretycznego

wsp. konsekwencji zniszczenia, uwzględnia sposoby zniszczenia konstrukcji: bezpieczne (ciągliwe), niebezpieczne (kruche), +kontrola i dostęp do węzłów niebezpiecznych

Metody probabilistyczne 2 rodzaju (poziomu) polegają na ustaleniu łącznego kryterium niezawodności dla wsp. tolerancji obciążenia i nośności

Metoda stanów granicznych

W normach technicznych wprowadzono 2 określenia:

f_yk - wytrzymałość charakterystyczna

f_d - wytrzymałość obliczeniowa

Przyjmuje się, że f_yk jest równa wytrzymałości normowej, obciążenie charakterystyczne jest równe obciążeniu normowemu. Przyjmuje się że przekroczenie stanów granicznych oznacza naruszenie założeń projektowych.

Objawami 1 st. gr. są:

- utrata stateczności sprężystej lub sprężysto-plastycznej

- narastanie odkształceń trwałych i przekształcenie konstrukcji w mechanizm

- uszkodzenia pęknięcia uniemożliwiające normalną eksploatacje

- utrata równowagi ogólnej lub przejściowej konstrukcji

Objawami 2 st. gr. są:

- odkształcenia konstrukcji, ugięcia utrudniające jej użytkowanie lub niedopuszczalne ze względów estetycznych

- nadmierne drgania pogarszające komfort użytkowania obiektu

- miejscowe uszkodzenia np. pęknięcia, wybrzuszenia pogarszające estetyką

Ogólnie można stwierdzić, ze jako stan graniczny określa się taki stan konstrukcji po osiągnięciu którego konstrukcja lub jej element zagraża bezpieczeństwu lub przestaje spełniać wymogi użytkowe. W stanie granicznym stosuje się obliczeniowe wartości obciążeń i wytrzymałości . W stanie gr. użytkowania są stosowane charakterystyczne wartości sprężystości.

Obciążenia

W ramach podstawowych zadań procesu wymiarowania należy precyzyjnie ustalić wartości i układ obciążeń projektowanej konstrukcji

Obciążenia charakterystyczne (normowe) przyjmuje się wg obowiązujących norm i katalogów. Rozróżnia się następujące rodzaje obciążeń charakterystycznych:

- obc. stałe - te które mają stały punkt przyłożenia np. ciężar własny

- obc. zmienne długotrwałe - w całości lub części

- obc. zmienne krótkoterminowe - obc. śniegiem, obc. występujące w czasie transportu i montażu

- obc. zmienne wyjątkowe - obc. występujące rzadko i działające w warunkach innych od ogólnie spotykanych w budownictwie, np. trzęsienia ziemi, huraganowy wiatr, wybuchy pożarowe, szkody górnicze, parcie wody przy katastrofalnym stanie wód, próbne obciążenia budowli i ustrojów budowlanych

Wartość obciążeń obliczeniowych

Wyznacza się mnożąc wartość obciążeń charakterystycznych przez wsp. obciążenia
. Uwzględnia on prawdopodobieństwo wystąpienia obciążeń niekorzystniejszych od obc. charakterystycznych. Ponadto uwzględniamy jeszcze:

wsp. jednorodności obciążenia ,
=0,9 jeżeli w układzie konst. uwzględniamy obc. stałe i 2 obc. zmienne

wsp. redukcji obciążeń, uwzględnia prawdopodobieństwo wystąpienia tych samych obc. w pełnej wielkości

wsp. konsekwencji zniszczenia, przyjmowany w celu dodatkowego zwiększenia lub zmniejszenia bezpieczeństwa kontr. W zależności od stopnia zagrożenia życia ludzkiego i strat gospodarczych

wsp. dynamiczny, uwzględniany gdy obc. działające na konst. będą miały charakter dynamiczny

wsp. części długotrwałej obciążenia zmiennego, stosowany podobnie jak

Stan graniczny użytkowalności

Sprawdzenie konst. ma na celu niedopuszczenie do nadmiernych ugięć i drgań utrudniających prawidłową eksploatacje obiektu. Przy obliczaniu ugięć i przemieszczeń konst. Nie uwzględnia się :

- wsp. obciążenia
i dynamicznego

- osłabienia elementu otworami na łączniki

- wzrostu przemieszczeń spowodowanych efektami rzędu drugiego

Jeżeli nie przeprowadza się dokładnej analizy to poziome przemieszczenia konst. Nie powinny przekraczać:

1. w obiektach jednokondygnacyjnych h/250 h - wysokość kondygnacji

2. w obiektach wielokondygnacyjnych h_i/500 h_i - poziom rygla kondygnacji względem górnego poziomu fundamentu

Częstotliwość drgań własnych konstrukcji stropu w pomieszczeniach użyteczności publicznej (bez ścian działowych o rozpiętości l>12m) powinna wynosić co najmniej 5 Hz.

Rodzaje łączników

W konst. metalowych istnieje duża liczba różnych rodzajów łączników i połączeń umożliwiających tworzenie produkowanego asortymentu wyrobów metalowych, złożonych elementów i całych układów kontr. We współczesnych konstrukcjach stosuje się następujące rodzaje połączeń:

- połączenia typu sworzniowego, w których łącznikami są: nity, śruby zwykłe, średniodokładne i dokładne oraz tymczasowe sworznie montażowe

- połączenie cierne, sprężone śrubami o wysokiej wytrzymałości

- połączenia czołowe

- połączenia realizowane metodami termicznymi: spawanie, zgrzewanie

- połączenia stosowane do elementów niekonstrukcyjnych

Z punktu widzenia wymiarowania i pracy złączy można wyodrębnić połączenia odkształcalne i nieodkształcalne. Połączenia śrubowe zwykłe i nitowe zalicza się z reguły do połączeń odkształcalnych gdyż pod wpływem działania sił mogą wystąpić odkształcenia trzpienia i przemieszczenia łączników otworowych. Natomiast w złączach spawanych, zgrzewanych, klejonych i ciernych nie występują poślizgi i zalicza się je do grupy połączeń nieodkształcalnych.

Połączenia sworzniowe - max naprężeniem w tego rodzaju połączeniach jest docisk trzpienia do blachy, który poza zmiennością na długości ma wartość średnią
, w obliczeniach przyjmuje się, że rozkład naprężeń od docisku równe jest
, poza dociskiem do ścianek otworu trzpień jest ściskany siła poprzeczna
oraz zginany momentem M=P(t+t₁)/8.

Praca nitu lub śruby w szeregowym połączeniu zakładkowym

Przy długości połączenia L < 15d , gdzie d jest średnicą otworu śruby, a L odległością miedzy pierwszą a ostatnią śrubą w szeregu nośność połączenia może być obliczona jako suma nośności poszczególnych śrub.

Przy długości połączenia 15d
L
65d nośność połączenia oblicza się jako sumę nośności poszczególnych śrub z uwzględnieniem wsp. redukcyjnego.

Zasady obliczeń połączeń nitowych i śrubowych w połączeniach zakładkowych niesprzężonych.

Obliczenie połączenia nitowego lub śrubowego obciążonego siłą osiową rozciągającą lub ściskającą polega na określeniu liczby łączników oraz na sprawdzeniu nośności elementu osłabionego otworami. Obliczenia należy rozpocząć od ustalenia średnicy i długości łącznika. W kontr. stalowych średnicę otworu na nity przyjmuje się o 1mm większą od średnicy nitów, natomiast średnicę otworu na śruby większą o 1-3 mm. Przy obliczaniu połączeń nitowych lub śrubowych należy założyć jednakowe obciążenie wszystkich łączników, a sprawdzenie naprężeń prowadzić przy założeniu pracy trzpienia na docisk i ścinanie pomijając zginanie i rozciąganie. Istnieją 2 sposoby wyznaczania liczby nitów :

1.na siłę- polega na ustaleniu liczby łączników w zależności od znanej siły ze wzoru na sprawdzenie naprężeń stycznych w trzpieniu lub śrubie. W przypadku ścinania części nagwintowanej śrub należy przyjmować pole przekroju czynnego (nie osłabionego gwintem)

2. na przekrój - z warunku na docisk, przy wymiarowaniu złącza zamiast działającej siły (obliczeniowej) wprowadza się max siłę jaką może przenieś przekrój (iloczyn pola przekroju netto elementu łączonego i wytrzymałości obliczeniowej stali).

Ostatnią fazą obliczenia połączeń nitowych lub śrubowych jest sprawdzenie naprężeń w elemencie osłabionym otworami (dot. połączeń pracujących na rozciąganie).

Spoiny .

Spoiny czołowe powstają podczas łączenia elementów położonych zwykle w jednej płaszczyźnie w wyniku wypełnienia przestrzeni między tymi elementami. Jeśli grubość elementów łączonych t<3mm to właściwie blach łączonych nie przygotowuje się do spawania, tylko odsuwa się je na odl. b= 1-2mm, natomiast jeśli grubość zawarta jest między 2-8mm, odsuwamy na b=1-3mm i wykonujemy spoiny czołowe dwustronne. Jeśli grubość jest większa od 8 mm to wykonuje się ścięcia. Wymiarami obliczeniowymi spoin czołowych są grubość a i długość L. Grubość spoiny zgodnie z normą przyjmuje się równą grubości elementów łączonych. W przypadku elementów o różnej grubości należy stosować ukosowanie i wówczas a = grubość cieńszego elementu.

Zasady obliczania i konstruowania

Obliczenia wytrzymałościowe spoin czołowych polegają na sprawdzeniu naprężeń w spoinach wywołanych obciążeniem obliczeniowym i porównaniu wartości tych naprężeń z wytrzymałością obliczeniową spoin
. Spoiny czołowe są w praktyce traktowane jako materiał rodzimy elementów łączonych i przyjmuje się, że pracują podobnie jak cały element. Zniszczenie złącza czołowego może nastąpić zarówno w spoinie jak i w materiale rodzimym ponieważ wytrzymałość spoiwa nie ustępuje wytrzymałości elementów łączonych. Sprawdzamy tylko naprężenia rozciągające prostopadłe do podłużnej os spoiny.

Spoiny pachwinowe

Spoiny pachwinowe układa się w naturalnym rowku między dwiema ścianami łączonych elementów. Wymiarami obliczeniowymi spoin pachwinowych są grubość oraz długość spoiny. Grubość a przyjmuje się równą wysokości trójkąta równoramiennego wpisanego w przekrój spoiny. Ustaloną wartość a zaokrągla się w górę do całkowitej liczby mm.

Obliczenie wytrzymałości spoin pachwinowych polega na sprawdzeniu naprężeń w spoinach wywołanych obciążeniem obliczeniowym i porównuje się z wytrzymałością obl.
. Spoiny pachwinowe z reguły pracują na ścinanie. Chociaż w niektórych przypadkach zakłada się ich pracę zbliżoną do pracy spoin czołowych.

Elementy rozciągane

Klasyczne rozciąganie:
. Mimośrodowe:
.

W elementach rozciąganych należy zawsze uwzględnić osłabienie przekroju poprzecznego otworami na nity, śruby przyjmując w obliczeniach najmniejszy przekrój netto.

Konstruowanie elementów rozciąganych

W przypadku prętów rozciąganych osiowo dopuszcza się możliwość pominięcia niektórych odchyleń w osiowym przekazywaniu wypadkowej siły obciążającej:

1. Przesunięć osi prętów pasa kratownicy względem linii siatki geometrycznej, jeżeli przesunięcia te nie są większe niż 35 wysokości profilu

2. Ciężaru własnego pręta, jeżeli długość jego rzutu nie przekracza 6m

W przypadku połączonych mimośrodowo prętów pojedynczych obciążenie tych elementów można traktować jako osiowe pod warunkiem, że do obliczeń przyjmuje się sprowadzone pole przekroju.

Smukłość
,
250 w kratownicach,
350 w stężeniach

Stan graniczny nośności w elementach rozciąganych sprawdza się wg nierówności:
N - obliczeniowa siła rozciągająca, N_Rt - nośność obliczeniowa przekroju rozciąganego
, f_d - wytrzymałość obliczeniowa stali, A - pole pow. przekroju (netto)

Rozciąganie mimośrodowe:

Elementy rozciągane osłabione otworami na łączniki wymagają określenia sprowadzonego pola przekroju. W elementach wielogałęziowych stosuje się przewiązki, w celu równomiernego rozciągana elementów. Odstęp pomiędzy przewiązkami powinien być nie większy od 100mm.

Elementy ściskane

Wymiarowanie elementów ściskanych wymaga sprawdzenia wytrzymałości i stateczności ogólnej (wyboczenia całego pręta) a ponadto stateczności miejscowej (np. wybrzuszenie ścianki pręta) elementów gdy występuje możliwość zniekształcenia ich przekroju poprzecznego. Zazwyczaj o wymiarach pręta ściskanego decyduje konieczność zachowania stateczności. W najprostszym przypadku bezpieczeństwo elementu ściskanego charakteryzuje nierówność
,
wsp. stateczności lokalnej
wsp. stateczności globalnej

W przypadkach osłabienia przekroju ściskanego otworami niewypełnionymi wymagane jest sprawdzenie wytrzymałości pręta na czyste ściskanie bez uwzględniania wyboczenia.

Osłabienie przekroju należy pominąć w obliczeniach w przypadkach:

- otworów do połączeń nitowych

- śrubowych pasowanych

- śrub ciernych

Jeśli w pręcie ściskanym mimośrodowo występuje strefa ściskana to osłabienie przekroju w tej strefie należy uwzględnić analogicznie jak w prętach rozciąganych.

W znacznej większości przypadków zwłaszcza w elementach o ściankach grubszych występuje wyboczenie gięte. Wyboczenia gięte i skrętne są związane z przekrojem cienkościennym.

Nośność elementów ściskanych w świetle przepisów normowych

Warunek nośności elementów ściskanych osiowo polega na porównaniu sił wewnętrznych z nośnością elementu

, N_RC - siła obliczeniowa przekroju przy osiowym ściskaniu

,
1 dla przekrojów klasy I, II, III ,
<1 dla klasy IV

Dla przekrojów klasy I, II, III:
,
;

Belki

Belki są podstawowym elementem konstrukcji stalowych pracujących na zginanie w jednej lub dwóch płaszczyznach, a ponadto na ścinanie, skręcanie i ewentualnie na ściskanie lub rozciąganie osiowe. Podział belek:

- belki bezpośrednio przekazujące obciążenie na podpory (belki główne, podciągi)

- belki oparte na podciągach nazywane są belkami pośrednimi lub belkami stropowymi

Obliczanie belek

Przy zginaniu konieczne jest sprawdzenie wytrzymałości pręta, jego stateczności ogólnej (zwichrzenia), stateczności miejscowej (miejscowe wyboczenie ścianek) oraz dodatkowo sztywności ( ugięcia ). Warunek:
. Nośność obliczeniowa przy zginaniu:
, W - wskaźnik wytrzymałości na zginanie,
wskaźnik oporu plastycznego. Nośność przy zginaniu w jednej płaszczyźnie:
. Obowiązuje gdy belka jest zabezpieczona przed ogólna utratą stateczności. Gdy tego zabezpieczenia nie ma do mianownika nierówności należy wprowadzić współczynnik zwichrzenia
. Dla przekrojów klasy IV należy dodatkowo również do mianownika wprowadzić współczynnik stateczności miejscowej
.

Zginanie dwukierunkowe:
,

Dwukierunkowe zginanie z rozciąganiem:
,
,

A - pole przekroju netto, f_d- wytrzymałość obliczeniowa

Skręcanie belek

Skręcanie prętów cienkościennych o przekroju otwartym różni się zasadniczo od skręcania prętów pryzmatycznych pełnych lub skręcania prętów cienkościennych o przekroju zamkniętym. Zasadnicze rodzaje skręcania:

- skręcanie swobodne zachodzące wówczas gdy warunki zamocowania, kształt przekroju poprzecznego i obciążenie pręta pozwala na swobodną deplanację jego przekrojów na skręcanie

- skręcanie nieswobodne zachodzi wówczas gdy sposób przyłożenia obciążeń, warunki zamocowania i kształt pręta nie pozwalają na swobodną deplanację lub też powodują, że dla rozmaitych przekrojów pręta jest ona niejednakowa

Jeśli kierunek siły poprzecznej nie przechodzi przez środek ścinania mimo że siła ta leży w płaszczyźnie głównej belki należy się liczyć dodatkowo ze skręcaniem tej belki.

Środek ścinania znajduje się dla:

- profilów o jednej symetrii na osi symetrii

- profilów o dwóch osiach symetrii oraz profilów symetrycznych względem punktu w środku ciężkości

- profilów będących układem ścianek krzyżujących się w jednym punkcie, w punkcie przecięcia się tych ścianek

Wyboczenie giętno-skrętne

W przypadku prętów o przekroju otwartym; monosymetrycznym, punktowosymetrycznym (krzyżowym) lub niesymetrycznym oprócz wyboczenia giętego należy brać również pod uwagę możliwość wyboczenia giętego lub skrętnego.

Można nie sprawdzać stateczności giętno- skrętnej kształtowników walcowanych.

Nośność el. Ściskanych z wyboczeniem

Stateczność miejscowa

Współcześnie projektowane elementy konstrukcji metalowych są zazwyczaj cienkościenne. Wobec tego istotne znaczenie ma sprawdzenie stateczności miejscowej ścianek el. Konstrukcyjnych i jej wpływu na nośność pręta.

Cienkie ścianki mogą tracić stateczność przy naprężeniach ściskających (lub ścinających) mniejszych od wytrzymałości obliczeniowej stali f_d oraz mniejszych od wytrzym. obl. na ścinanie
. Do takich elementów zalicza się kształtowniki o przekroju klasy czwartej, oraz środniki kształtowników spawanych obciążonych siła skupioną. Wsp. niestateczności miejscowej
przyjmuje się w zależności od smukłości względnej
. Warunek stateczności ścianki w jednoosiowym stanie naprężenia :
,
największe naprężenie ściskające w rozpatrywanej ściance

Pręty wielogałęziowe

W konst. met. znaczną grupę stanowią el. ściskane złożone z dwu lub kilku gałęzi połączonych ze sobą jedynie przewiązkami lub skratowaniem. Elementy złożone znalazły zastosowanie jako pręty kratownic i słupy układów konstrukcyjnych.

Obliczanie prętów ściskanych złożonych

Przy obliczaniu prętów ściskanych złożonych obowiązują podstawowe zasady jak dla prętów jednolitych, a więc
, w przypadku sprawdzania stateczności w płaszczyźnie prostopadłej do osi przechodzącej przez materiał. Dla osi niematerialnej do wyznaczenia wyboczeniowego
należy stosować smukłość zastępczą.

Pojedyncza gałąź powinna być ponadto sprawdzona na wyboczenie dla smukłości
. Gdy obie osie nie przecinają materiału oblicza się smukłość zastępczą
i
. Osiowy rozstaw przewiązek nie jest ograniczony, ale ograniczona jest smukłość pojedynczej gałęzi. Powinna być mniejsza od smukłości całego pręta. Pręty krzyżujące się powinny być spawane.

Projektowanie słupów

Słup jako całość składa się z 3 części: głowicy, trzonu i podstawy. Projektowanie słupa należy rozpocząć od ustalenia jego długości i przyjęcia schematu statycznego.

1. słup zamocowany w fundamencie

2. słup zamocowany w fundamencie, ale u góry podparty przegubowo

3. słup z przegubami stałymi u góry i u dołu

4. słup górą i dołem utwierdzony

Przekroje poprzeczne słupów:

Trzony słupów pełnościennych ściskanych osiowo projektowane są z reguły jako walcowane lub spawane dwuteowniki o szerokich stopkach w kształcie najbardziej dogodnym do automatycznego spawania oraz umożliwiających łatwe oparcie górnej konstrukcji. Najczęściej spotyka się trzony słupów z kształtowników HEA i HEB oraz spawane. Słupy z dwuteowników normalnych lub IPE stosuje się przy mniejszych obciążeniach i w przypadkach gdy występują różne dł wyboczeniowe dla os x-x i y-y. Przy większych obciążeniach wykorzystuje się przekroje spawane z kształtowników, zwykle bisymetryczne.

Ze względu na konieczność zapewnienia odpowiedniej sztywności smukłość elementów ściskanych musi spełniać warunek
z tym, że zgodnie z zaleceniami dot słupów
. W słupach o niewielkiej smukłości
osłabionych otworami należy dodatkowo sprawdzić warunek na czyste ściskanie bez wyboczenia. Należy pamiętać, że w słupach o przekroju otwartym z jedną osią symetrii należy sprawdzić trzon słupa na wyboczenie giętno-skrętne.

Kolejne czynności przy projektowaniu słupów:

1. zestawienie obc. charakterystycznych przypadających na słup. Dobranie odpowiednich wsp. obciążenia i określenie obliczeniowej siły osiowej N.

2. przyjęcie kształtu przekroju słupa i wstępne oszacowanie pola przekroju

3. dobranie konkretnego kształtownika z tablic lub określenie przekroju np. dwuteowego w przypadku słupa spawanego na podstawie podanych wytycznych konstrukcyjnych i ustalenie klasy przekroju

4. obliczenie lub przyjęcie z tablic wielkości geometrycznych przekroju poprzecznego słupa.

5. ustalenie wsp. długości wyboczeniowej

6. obliczenie smukłości:
   ,
   

7. wyznaczenie smukłości porównawczej
   

8. wyznaczenie
   lub
   (wybieramy wartość większą, bardziej niekorzystną)

9. z normy wyznaczamy wartość wsp.
   

10. sprawdzamy warunek nośności granicznej z relacji
    

Słupy złożone

Najczęściej trzon złożony słupa ściskanego składa się z dwóch walcowanych ceowników lub dwuteowników, ale spotyka się również rozwiązania trzonów w postaci 4 kątowników. W przekrojach słupów złożonych zakłada się, że oś x-x przecina materiał zaś oś y-y jest osią niematerialną. Odstęp pomiędzy el. ustala się przeważnie z warunku jednakowej stateczności (smukłości) słupa w płaszczyźnie x-x i y-y. w obliczeniach konst zakłada się zawsze moment I_y o 10% większy od I_x. Pojedyncza gałąź powinna być ponadto sprawdzona na wyboczenie dla smukłości między przewiązkami. Rozstaw osiowy przewiązek nie jest ograniczony ale ograniczona jest smukłość pojedynczej gałęzi. Powinna być mniejsza od smukłości całego pręta. Smukłość pojedynczych gałęzi w słupach złożonych, łączonych skratowaniem zaleca się przyjmować:

- dla kraty pojedynczej

- dla kraty podwójnej

Obliczanie przewiązek w słupach złożonych

Przewiązki oraz ich połączenia z gałęziami słupa należy obliczyć na obciążenie zastępcze q. Zastępcza siła poprzeczna dla uproszczenia jest stała na całej długości pręta. Przewiązki należy rozmieszczać regularnie stosując zawsze nieparzystą liczbę podziałów. Minimalna szerokość przewiązki wynosi 100mm, a przewiązki skrajnej 150mm. Obliczenia siły ścinającej przewiązkę przeprowadza się w oparciu o następujące założenia:

- W gałęziach środku odstępu między przewiązkami jak również w środku na osi słupa znajdują się przeguby

- w każdym z przegubów 2 gałęzi zaczepia się siłę Q/2, a w przegubach przewiązek siłę T

Przewiązki należy łączyć spoinami, nitami względnie zgrzewami. W szczególnych przypadkach dopuszcza się. Stosowanie połączeń śrubowych: pasowanych lub ciernych.

Najczęściej spotykanymi rozwiązaniami przewiązek w słupach złożonych są:

1. przewiązki połączone z gałęziami słupa spoinami pachwinowymi

2. połączone spoinami czołowymi

3. przewiązka nitowana (tradycyjna, rzadko spotykana)

Wymiarowanie przewiązek

Wymiarowanie przewiązek wymaga sprawdzenia naprężeń w materiale przewiązki oraz w łącznikach.

Głowice słupów

Głowica słupa mam za zadanie przenieść nacisk konstrukcji opartej na słupie (wiązarów dachowych lub belek stropu) i przenieść to obc w sposób osiowy na trzon słupa. Kształt głowicy zależy od przekroju poprzecznego słupa oraz od typu łożyska i konstrukcji połączenia trzonu słupa z elementami poziomymi. Blachę poziomą głowicy przyjmuje się konst. grubości t
10mm. Ewentualnie sprawdza się ja na zginanie jako beleczką opartą na 2 blachach pionowych lub jako płytę podpartą na 4 krawędziach, a także na docisk trzonu słupa.

Najczęściej do współpracy przy zginaniu wlicza się płytkę centrującą. Przy dużych momentach zginających stosuje się żebra lub przypory.

Podstawy słupów

Podstawy słupów mają za zadanie osiowe przekazanie obciążenia na fundament. Dlatego też elementy podstawy pośredniczące w przekazywaniu tego obciążenia należy sytuować symetrycznie względem osi słupa. Wymiarowanie podstawy słupa powinno być zgodne z przyjętym schematem statycznym słupa jako przegubowe lub utwierdzenie. W słupach osiowo ściskanych najczęściej występują podstawy przegubowe, w których można wyróżnić następujące elementy konstrukcyjne:

- blachę poziomą (płyta podstawy) leżąca na stopie fundamentowej

- blachy pionowe przeważnie w kształcie trapezu łączące płytę podstawy z trzonem słupa

W słupach lekkich wykonanych z pojedynczych kształtowników można zrezygnować z blach trapezowych i przymocować kształtownik do płyty podstawy za pomocą spoin pachwinowych.

Styki słupów

Słupy w budynkach jednokondygnacyjnych mają na ogół wysokość limitowaną handlowymi długościami kształtowników walcowanych i blach dlatego ich trzony przeważnie nie mają styków. Konieczność wykonania styków zachodzi jedynie w budynkach wielokondygnacyjnych lub w przypadku zbyt małej dł. Prefabrykatów lub zmiany przekroju trzonu słupa. Rozróżnia się 2 rodzaje styków:

- styki warsztatowe, w których dominują połączenia spawane. Styki te różnią się w zależności od tego czy są stykami technologicznymi wynikającymi z małej dł prefabrykatów czy też stykami konstrukcyjnymi, które zastosowane wobec konieczności zmiany poprzecznego trzonu słupa. W stykach warsztatowych w których przekrój słupa nie ulega zmianie, przy połączeniu należy spełnić następujące warunki:

1. nośność styku na docisk powinna być większa lub równa nośności przekroju słupa

2. momenty bezwładności przekroju styku powinny być większe lub równe momentom bezwładności przekroju słupa

3. oś słupa powinna przechodzić przez środek ciężkości styku

4. w słupach wielogałęziowych należy zapewnić odpowiednie współdziałanie gałęzi w miejscach styku za pomocą dodatkowej przewiązki.

Styki warsztatowe słupów ze zmianą przekroju wymiaruje się analogicznie jak bez zmiany przekroju, z tym że jako element porównawczy do obliczeń przyjmuje się słup o mniejszym przekroju. Końce słupów powinny być frezowane co pozwala na prostopadłe ustawienie blach poziomych względem osi słupa.

- styki montażowe w których najczęściej występują połączenia śrubowe zwykłe i ze śrubami wysokiej wytrzymałości. Można je traktować jako nie przerywające ciągłości trzonu słupa, gdy spełniony jest przynajmniej jeden warunek:

- smukłość słupa nie przekracza wartości

- słup znajduje się w obrębie ¼ wysokości słupa

Sprawdzenie nośności pręta zginanego

1. sprawdzenie klasy przekroju

2. obliczenie nośności obliczeniowej przekroju

3. sprawdzenie czy należy uwzględniać wpływ zwichrzenia

4. sprawdzenie czy należy uwzględnić wpływ siły poprzecznej na nośność obliczeniową przekroju, jeżeli warunki nie są spełnione to nośność należy redukować

5. określenie wsp. zwichrzenia
   w zależności od smukłości względnej

6. sprawdzenie nośności elementu:

- zginanie jednokierunkowe

- zginanie dwukierunkowe:

W przekrojach gdzie występuje siła poprzeczna powinny być spełnione jeszcze warunki ze względu na siłę.

7. w przypadku elementu o przekrojach klasy 4 należy także sprawdzić nośność środników

8. sprawdzenie oparcia na podporach

9. sprawdzenie ugięć belek

Pierwszy przegub plastyczny powinien tworzyć się na podporze.

Ramy

Konstrukcje ramowe znajdują często zastosowanie w budownictwie stalowym. Sztywne połączenie prętów będące cechą tych konstrukcji przyjmuje się w bardzo różnorodnych rozwiązaniach. Są to np.:

- hale przemysłowe i magazynowe

- lekkie przekrycia obiektów budowlanych ( wiaty, konst. szkieletowe lekkie)

- budynki szkieletowe wielokondygnacyjne

- podpory estakad galerii

- konstr. wsporcze zbiorników, zasobników i silosów

Ze względu na odmienne zastosowanie rozwiązań poszczególnych typów konstrukcji ramowych różnią się one między sobą dość znacznie zarówno pod względem wymiarowania jaki sposób projektowania. Jednakże konstrukcje te maja wiele cech wspólnych, które należy znać aby można było je prawidłowo projektować.

W celu uproszczenia analizy ram składających się z wielu elementów konieczne jest przyjęcie następujących założeń:

- rama jest obciążona tylko siłami pionowymi przyłożonymi do węzłów

- wszystkie słupy ramy stają się niestateczne jednocześnie

- wszystkie obroty węzłów przy podporach ramy są równe, ale węzły mogą się odkształcać w kierunku zgodnym lub przeciwnym do wskazówek zegara w zależności od tego czy rama jest o węzłach nieprzesuwnych czy też o węzłach przesuwnych.

Wsp. długości wyboczeniowej
wyznacza się w zależności od sztywności zamocowania końców pręta określonego stopniem podatności węzła.

W większości przypadków do wyznaczenia przebiegu momentów zginających i sił poprzecznych wystarczające jest uwzględnienie teorii sprężystości I rzędu. Jednak w przypadku układów ramowych wielopiętrowych, z węzłami przesuwnymi należy uwzględnić wpływy II rzędu. Można nie uwzględniać wpływów II rzędu w przypadku:

- układów jednokondygnacyjnych

- układów o węzłach nieprzesuwnych

W celu uwzględnienia tych efektów należy określić wielkość parametrów niedoskonałości ramy.

Naroża ram

Najczęściej spotykanymi typami naroży ram są:

- naroża dwuramienne typu a (połączenie słupa z ryglem)

- naroże trójramienne typu b (połączenie 2 rygli ze słupem)

- połączenie 2 słupów z jednym d lub dwoma ryglami e

- połączenie słupa z ryglem c i połączenie słupa z 2 ryglami f

Pasy powinny przebiegać przez naroża w sposób ciągły. Środnik naroży wykonuje się często z osobnych arkuszy blach i gdy w pobliżu naroża nie ma styków montażowych łączy się je ze środnikiem rygla i słupa spoinami czołowymi. Styki montażowe umieszcza się najczęściej na odcinkach prostych ramy, a więc na ryglu lub słupie, rzadziej w samym węźle. Grubości pasów w narożu są zwiększone szczególnie w przypadku pasa wewnętrznego. Łączniki do połączenia pasa ze środnikiem należy sprawdzać na działanie sił ścinających oraz sił promieniowych. Środnik naroża może mieć grubość większą niż środnik słupa lub rygla zwykle od 25 do 50%. Styk środnika powinien znajdować się poza obrębem zakrzywienia. Żebra w narożu mają na celu zabezpieczenie środnika przed utratą stateczności i podparcie zginanych poprzecznie pasów. Należy je stosować na całej wysokości środnika lub tylko przy pasie dolnym. Styki montażowe mogą być wykonywane jako spawane lub na śruby zwykłe, rzadko pasowane, a także doczołowe sprężone. Zamiast śrub zwykłych można stosować śruby o wysokiej wytrzymałości i projektować połączenia jako cierne.

Kratownice

Stanowią powszechnie stosowane konstrukcje stalowe. Charakteryzują się nieskomplikowana technologią wykonania.

Zasady obliczania kratownic

Kratownice płaskie oblicza się przyjmując następujące założenia:

1. pręty są połączone w węzłach przegubowo. Sztywność w węzłach pomijamy jeżeli stosunek wysokości kratownicy do jej długości jest mniejszy od 1/12

2. pręty są wyłącznie proste

3. osie prętów przechodzące przez środki ciężkości tych prętów pokrywają się z zarysem geometrycznym kratownicy (siły w węzłach muszą być w równowadze)

4. można nie uwzględniać przesunięć osi prętów pasa kratownicy względem siatki geometrycznej jeżeli nie są one większe niż 3% wysokości przekroju

5. pręty połączone są w węzłach współśrodkowo tj. osie przechodzące przez środki ciężkości przecinają się w jednym pkt. ( nie ma mimośrodów i dodatkowych momentów zginających w prętach i węzłach)

6. należy zwrócić uwagę na to, że w kratownicach nitowanych z kątowników bierze się pod uwagę środki ciężkości kątowników, a nie linie nitów lub śrub.

7. pręty kratownicy leżą w jednej płaszczyźnie tj. mają przekrój symetryczny w stosunku do płaszczyzny kratownicy. W prętach które nie mają tej symetrii występują dodatkowe naprężenia w skutek ich zginania.

8. w kratownicach z prętami o przekroju dwuściennym połączenie prętów z blachami węzłowymi występuje w poszczególnych gałęziach prętów moment, który można zlikwidować przewiązką między blachami węzłowymi.

9. obciążenie zewnętrzne kratownicy jest przekazywane w węzłach i w związku z tym zgodnie z zasadami statyki w prętach występują tylko siły osiowe. W przypadku obciążenia prętów między węzłami kratownicy moment zginający określa się w sposób przybliżony i wymiaruje pręty jako mimośrodowo rozciągane lub ściskane.

Określenie wysokości kratownicy i ustalenie obciążeń:

Wysokość kratownic swobodnie podpartych o pasach równoległych lub kształcie dwutrapezowym należy przyjmować w granicach 1/6 do 1/12 rozpiętości. Przyjętą lub obliczoną wysokość kratownicy należy skorygować zależnie os systemu skratowania biorąc pod uwagę, że w kratownicach o skratowaniach typu N optymalna wysokość jest mniejsza niż w kratownicach o skratowaniu trójkątnym ze słupkami, a wysokość ta z kolei jest mniejsza od optymalnej wys kratownicy o skratowaniu trójkątnym bez słupków.

W celu wyznaczenia sił osiowych w kratownicy obciążenie zewnętrzne przykłada się w węzłach. Jeżeli obciążenie to nie jest przyłożone w węzłach to na poszczególne węzły kratownicy wyznacza się siły odpowiadające oddziaływaniu poszczególnych prętów. Od tej zasady odstępuje się w przypadku ciężaru własnego kratownicy jeżeli wpływ tego obciążenia nie jest znaczny. W celu uproszczenia obliczeń skupia się z regóły ciężar własny tylko w węzłach obciążonych siłami zewnętrznymi.

Sztywność kratownicy (potrzebna do warunku użytkowalności)

Ugięcie kratownicy obliczyć można metodą Maxwella -Mohra ze wzoru określającego przemieszczenie w węzłach kratownicy.

Długość wyboczeniowa

Dla pasów kratownic oraz słupów lub krzyżulców podporowych l_e=l w płaszczyźnie kratownicy. W płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny prętów również przyjmuje się, że l_e=l pod warunkiem że końce obu prętów są nieprzesuwne. Natomiast dla słupków i krzyżulców niepodporowych w płaszczyźnie kratownicy l_e=0,8l. w płaszczyźnie prostopadłej przyjmuje się l_e=l.

Smukłość prętów rozciąganych nie jest ograniczona przy obciążeniu statycznym kratownic natomiast przy występowaniu obciążeń dynamicznych należy przyjmować:

- prętów kratownic głównych

- prętów stężeń

Odległość miedzy przewiązkami prętów rozciąganych

. Pręty kratownicy projektuje się najczęściej z kształtowników walcowanych pojedynczych lub złożonych oraz z kształtowników spawanych z blachy. Zastosowanie kątowników lub ceowników rozstawionych na grubość blachy węzłowej jest rozwiązaniem tradycyjnym lecz obecnie nie zalecanym ze względu na dużą pracochłonność oraz trudności z zabezpieczeniem antykorozyjnym. Korzystnym rozwiązaniem jest zastosowanie na pasy kratownicy połówek dwuteowników dzięki temu unika się stosowania blach węzłowych, a krzyżulce oraz słupki łączy się bezpośrednio ze środnikiem.

W przypadku kratownic silnie obciążonych i dużych rozpiętości dominują pręty spawane z blach.

Dobór przekroju prętów kratownicy należy rozpocząć od prętów ściskanych biorąc pod uwagę ich długości wyboczeniowe w obu płaszczyznach oraz możliwość wykonania węzłów z najmniejszymi blachami węzłowymi lub bez tych blach.

W prętach złożonych z kilku kształtowników łączy się ze sobą za pomocą przewiązek, przy czym w prętach rozciąganych spoiny i przewiązki przyjmuje się konstrukcyjnie. Zwykle przewiązki mają szerokość e=50-80mm, natomiast grubość spoin przyjmuje się jak najmniejszą. Przy niewielkim rozstawieniu gałęzi przy ściskaniu można przyjmować przewiązki jak dla rozciągania.

Ogólne zasady projektowania węzłów

W stosunku do prętów:

1. pręty powinny dochodzić jak najbliżej środka węzła.

2. w węźle podporowym pręty ściskane powinny dochodzić do podpory, a pręty rozciągane do tych prętów.

3. jako najmniejsze przekroje prętów należy przyjmować kątownik L 45x45x5

4. należy dążyć do tego aby max było jak najmniej kształtowników na pręty kratownicy

W stosunku do blach węzłowych:

1. blachy projektuje się najczęściej o grubości od 8 do 12mm, wyjątkowo 18mm. Przy dużych siłach w węźle należy stosować 2 blachy równoległe rozstawione na szerokość skratowania.

2. należy dążyć do bezpośredniego łączenia krzyżulców i słupków unikając blach węzłowych (z wyjątkiem węzłów podporowych)

3. w przypadku gdy blach węzłowych nie da się uniknąć należy je projektować jak najmniejsze w celu zmniejszenia sztywności węzłów.

4. blachy węzłowe powinny mieć kształt zbliżony do prostokąta lub równoległoboku.

Węzły konstruuje się metodą grafoanalityczną znając geometryczny kształt kratownicy, przekroje prętów oraz rodzaje i liczbę łączników. Konstruowanie należy rozpocząć od naniesienia osi prętów w węzłach. Następnie na zarysie osi należy zaznaczyć gabaryty prętów nie przerywanych w węzłach ( pasy kratownicy), a w dalszej kolejności gabaryty prętów ściskanych (doprowadzonych jak najbliżej węzłów z uwagi na wyboczenie) oraz gabaryty prętów rozciąganych.

Trójkątne wiązary dachowe wykonuje się przeważnie do rozpiętości 15m.

Hale przemysłowe

O kształcie i wielkości hali przemysłowej decydują wymagania eksploatacyjne. Mogą one być jedno lub wielonawowe. Względy techniczno - ekonomiczne wpływają na wybór konstrukcji odpowiedni schemat statyczny, siatkę słupów oraz odpowiedni dobór wymiaru elementów oraz ich przekrój. Przy projektowaniu konstrukcji muszą byś brane pod uwagę warunki lokalne takie jak:

- rodzaj gruntu

- już istniejące budynki

- ewentualne szkody górnicze

Rozróżnia się 2 typy hal:

1. lekkie - zużycie stali na jednostkę powierzchni budynku: 30 - 70 kg/m². Ciężar pokrycia dachowego wraz ze śniegiem: 0,8 kN/m². Mogą być z transportem lub bez. Jeśli z transportem to jego udźwig nie przekracza 150 kN. Przeznaczone są najczęściej dla przemysłu motoryzacyjnego, spożywczego.

2. ciężkie - - zużycie stali na jednostkę powierzchni budynku: 100 - 170 kg/m². Ciężar pokrycia dachowego wraz ze śniegiem: 3,3kN/m². Stosuje się tu suwnice o udźwigu nawet do 1200 kN.

W fazie projektowania ważną rolę odgrywa sposób rozwiązania pokrycia dachowego oraz ścian bocznych i z tego powodu hale dzieli się na:

a) ocieplane

b) nieocieplane

Wspólną cechą hal nieocieplanych jest to że pokrycia dachu i ścian stanowią lekkie płyty fałdowe:

- ułożone na płtwiach to dach

- zawieszone na ruszcie to ściany boczne

Ad . b)

Wyróżniamy:

- konstrukcje lekkie lub ciężkie (ze względu na rozwiązanie pokrycia dachowego)

Do lekkich pokryć zaliczamy pokrycia z blach fałdowych stalowych lub aluminiowych, z tworzyw sztucznych z mat. Drewnianych lub aluminiowych. Ocieplenia stanowią płyty z wełny mineralnej, styropianu, korka, poliuretanu.

W halach ciężkich na obudowę stosuje się płyty betonowe, gazobetonowe, żużlobetonowe. Ociepleniami są ogólno dostępne materiały.

W konstrukcji hal przemysłowych przyjmuje się, że główny ustrój nośny stanowią płaskie, poprzeczne układy słupów i dźwigarów. W ustrojach tych stosuje się układy przegubowe i ramowe oraz różne ich kombinacje. Dźwigary główne mogą opierać się bezpośrednio na słupach lub za pośrednictwem podciągów usytuowanych wzdłuż osi podłużnej hali. Słupy i dźwigary mogą być pełnościenne i kratowe w całości lub części.

Hale konstrukcyjne zróżnicowane są również pod względem rozpiętości wiązarów i rozstawienia słupów wzdłuż naw. Rozstaw słupów wzdłuż i wszerz hali nazywamy siatką słupów, która musi być zgodna z modułowym systemem budownictwa. W kraju obowiązuje 3m moduł w poziomie oraz 30 cm w pionie. W przypadku słupów wyższych od 3m moduł wysokościowy zwiększa się do 60 cm i następnie do 120cm.

W kształtowaniu głównego układu nośnego istotną rolę odgrywa montaż konstrukcji. Stosowany montaż z pojedynczych elementów dopuszcza pewną dowolność w doborze schematu statycznego i konstrukcyjnego. Natomiast współczesne sposoby montażu preferują układ w którym wiązary są przegubowo połączone ze słupami, słupy dołem utwierdzone.

Konstrukcja powinna się składać z elementów powtarzalnych, a więc siatka słupów i ich wysokość powinna być taka sama dla całego obiektu. Połączenie przegubowe słupa ze stopą fundamentową jest korzystniejsze w przypadku posadowienia hali na terenach gruntów słabszych gdzie występują zagrożenia w nierównomiernym osiadaniu konstrukcji.

Układy konstrukcyjne i schematy statyczne hal jednonawowych

W przypadku hal jednonawowych modułowym wymiarem poprzecznym jest zazwyczaj całkowita szerokość hali mierzona od zewnętrznego lica słupa. Najczęściej spotykanym układem konstrukcyjnym jest rama, w której słupy są utwierdzone w fundamencie i przegubowo połączone z ryglem. Zaletą tego układu jest duża sztywność w kierunku poprzecznym zapewniająca prawidłową eksploatacje suwnic. Najczęstszym rozwiązaniem konstrukcyjnym jest kratowy rygiel i pełnościenny lub kratowy słup. Stosowanie rygla pełnościennego jest rzadko spotykane i ograniczone do małych rozpiętości do 15m.

W przekroju podłużnym hal wiązary opiera się bezpośrednio na słupach. Siły poziome działające wzdłuż nawy (parcie dachu na ściany, hamowanie suwnic) przenoszone są przez układ stężeń pionowych.

Zasady obliczeń głównych układów nośnych hal

Obliczenie sił wewnętrznych w głównych układach nośnych hal przeprowadzić można sposobami uproszczonymi lub ścisłymi. W układach statycznie niewyznaczalnych zachodzi potrzeba założenia stosunków momentów bezwładności poszczególnych elementów. Można to zrobić na podstawie przekrojów podobnych konstrukcji lub na podstawie uproszczonego obliczenia. Gdy stosunek momentów bezwładności przekrojów ustalonych na podstawie obliczeń różni się więcej niż 30% w stosunku do momentów założonych, do obliczenia należy powtórzyć z wprowadzeniem stosunków otrzymanych na podstawie pierwszego obliczenia.

Obliczenie sił wewnętrznych w sztywnej ramie z ryglem kratowym przeprowadza się w ten sposób ż e otrzymany moment węzłowy przykłada się do dźwigara kratowego w postaci pary sił, traktując rygiel kratowy jako swobodnie podparty.

Słupy hali

W halach przemysłowych stosuje się zarówno słupy pełnościenne jak i kratowe, przekrój słupa może być stały na całej wysokości lub zmienny w sposób schodkowy. Przy większych różnicach stosuje się najczęściej słupy o zmiennym przekroju przy czym mogą to być konstrukcje blachownicowe, jak i kratowe. Można stosować konstrukcje w których górna część słupa jest pełnościenna a dolna część kratowa. W płaszczyznach równoległych do płaszczyzn działania momentu zginającego poszczególne gałęzie łączy się skratowaniem, natomiast w pozostałych płaszczyznach, w których momenty nie występują stosuje się przewiązki.

Konstrukcja słupów

Osobliwym elementem konstrukcyjnym słupa jest wspornik do oparcia belki podsuwnicowej. Dla suwnic o niewielkim udźwigu ok. 100 kN wspornik można konstruować: środnik i półka wspornika są przyspwane do pasa słupa za pomocą spoin czołowych lub pachwinowych. W przypadku słupów o grubości większej od 20mm, należy dodatkowo zabezpieczyć blachę tego pasa przed rozwarstwieniem przez zastosowanie dodatkowych płaskowników pionowych przyspawanych do górnej półki wspornika oraz żeber usztywniających środnik słupa.

---