51 (281)

3.5. Obliczanie stężeń

3.5.1. Wprowadzenie

W budynkach halowych o tradycyjnej konstrukcji stalowej, głównym ustrojem nośnym jest szkielet składający się z poprzecznych układów (płaskich ram), połączonych ze sobą i usztywnionych stężeniami. Układy poprzeczne i stężenia tworzą razem ustrój geometrycznie niezmienny w przestrzeni trójwymiarowej. Są one jednakowo ważnymi elementami konstrukcji nośnej hali, gdyż wspólnie przejmują wielokierunkowe obciążenia działające na obiekt. W tym też sensie stężenia są głównymi elementami nośnymi budynków halowych.

O znaczeniu i ważności stężeń w kształtowaniu ustroju nośnego budowli świadczą wymagania podane w PN-EN 1990:2004 Eurokod: Podstawy projektowania konstrukcji, gdzie w pkt. 2.1 nakazano: „Aby potencjalne zniszczenie konstrukcji było ograniczone, należy m.in.: wzajemnie powiązać (stężyć) jej elementy nośne”. Ponadto w'arunkami niezawodności bu-dowli w'g PN-EN 1990, oprócz wymagań nośności, użytkow'alności i trwałości, jest integralność strukturalna tj. nieuleganie nadmiernym zniszczeniom w wypadku zdarzeń wyjątkowych (np. wybuchu, uderzenia) tj. nieuleganie destrukcji, której konsekwencje (szkody) byłyby niewspółmierne do początkowej przyczyny. Takim zniszczeniom zapobiegają właśnie stężenia.

Stężenia odgrywają zasadniczą rolę w zapewnieniu poszczególnym elementom konstrukcji warunków pracy zgodnych z założeniami obliczeniowymi. Zasady ich rozmieszczania zostały' ustalone na podstawie długoletniego doświadczenia, lecz dopiero w' ostatnim dwudziestoleciu XX w. opracowano teoretyczne uzasadnienia obliczania obciążeń stężeń, stosując tzw'. imperfekcyjne modele ustrojów' nośnych hal.

Pręty stężeń projektuje się na tzw. równoważne obciążenia imperfekcyjne (tzn. wywołujące deformacje wstępne elementów podpieranych) oraz na obciążenia zewnętrzne występujące podczas eksploatacji obiektu. Należy wziąć pod uwagę trzy rodzaje imperfekcji geometrycznych ustroju nośnego: przechyłowe, lukowe oraz skrętne. Imperfekcje przechyłowe uwzględnia się w obliczaniu pionowych

Rys. 3.18. Schemat obliczeniowy stężenia połaciowego poprzecznego hali: 1, 2 - rygle dachowe, 3 - płatew, 4 - pręt stężenia połaciowego poprzecznego, 5 - stężenie międzysłupowe

stężeń podłużnych słupów budynków (rys. 3.15a). Imperfekcje lukowe (rys. 3.15c) są najbardziej istotne w' połaci dachu, gdy analizuje się przytrzymanie ściskanych pasów ry'gli ram poprzecznych z zastosowaniem stężeń połaciowych poprzecznych. Imperfekcje skrętne są ważne w ryglach ram o dużej wysokości konstrukcyjnej i małej sztywności zgięciowej z płaszczyzny dźwigara, gdyż generują obciążenie poziome prostopadle do płaszczyzny dźwigara. Uwzględnia się je w analizie m.in. pionowych stężeń mjędzywiązaro-wych kratownicowych dachów' hal. W obliczeniach imperfekcje geometryczne przechyłu ustroju lub wygięcia łukowego jego elementów' można zastąpić sa-mozrównoważonym układem sił poziomych, których schematy pokazano na rys. 3.15b oraz 3.15d.

3.5.2. Połaciowe stężenia poprzeczne

Połaciowe stężenia poprzeczne ha) są poziomymi kratownicami umieszczonymi między pasami górnymi rygli dachowych sąsiednich ram poprzecznych (rys. 3.18). Pasy górne rygli dachowych spełniają równocześnie rolę pasów kraty stężającej. Wykratowanie tego stężenia stanowią dodatkowe pręty skośne (krzy-żulce) oraz słupki (którymi mogą być płatwie - wówczas należy uwzględnić ich dodatkowa wytężenie). Stężenia połaciowe poprzeczne zapewniają geometryczną niezmienność w płaszczyźnie połaci dachu, przenoszą obciążenia poziome: od wiatru (działającego na ścianę szczytową i świetliki) oraz od hamowania podwieszonych suwnic. Ponadto ich ważnym zadaniem konstrukcyjnymi jest usztywnienie poziome („boczne”) rygli dachowych przed wyboczeniem (zwichrzeniem) z płaszczyzny dźwigara. W tym przypadku stabilizowane ściskane części rygli (pełnościennych lub kratowych) przekazują ha połaciowe stężenia poprzeczne obciążenia statecznościowa (poziome). Wyznacza się je jako oddziaływania wywołane imperfekcjami geometrycznymi m stężanych rygli dachowych (zakładając model obliczeniowy ściskanych prętów z wstępnymi wygięciami łukowymi e„).

Według PN-90/B-03200 połaciowe stężenia poprzeczne należy stosować w skrajnych lub przed-skrajnych polach każdej części hali oddzielonej dy-latacją. Najczęściej umieszcza się je nie rzadziej niż co 8. pole. PN-EN 1993-1-J nie podaje zasad stosowania i rozmieszczania tych stężeń.

Jako schemat statyczny połaciowego stężenia poprzecznego przyjmuje się kratownicę o rozpiętości równej szerokości dachu (rys. 3.18a).

Jej zasadnicze obciążenie zewnętrzne to obciążenie poziome od wiatru W, działającego na ścianę szczytową lub świetlik i sił hamowania od suwmic podwieszonych do rygli dachowych, a także umowme siły stabilizujące F_m. Te siły występują wskutek nieuniknionych imperfekcji geometrycznych e₀ (wstępnych niedoskonałości wytwórczych i montażowych) osi stabilizowanych pasów' rygli dachowych 1 i 2. Gdyby ściskany pas górny rygla dachowego nie był podparty w¹ płaszczyźnie poła-

styczeń 2011

58 EUROKODY - ZESZYTY EDUKACYJNE Buildera - PROJEKTOWANIE KONSTRUKCJI STALOWYCH