OPIS TECHNICZNY - konstrukcje-metalowe.pl · - PN-EN-1991-1-3 - PN-EN-1991-1-4 - PN-EN 1993-1-8...
Transcript of OPIS TECHNICZNY - konstrukcje-metalowe.pl · - PN-EN-1991-1-3 - PN-EN-1991-1-4 - PN-EN 1993-1-8...
OPIS TECHNICZNY
1.1 Przedmiot opracowania
Przedmiotem opracowania jest projekt techniczny dachu kratowego hali produkcyjnej.
1.2 Podstawa opracowania
Podstawą formalną niniejszego opracowania są normy :
- PN-EN-1993-1-1 - PN-EN-1991-1-3 - PN-EN-1991-1-4 - PN-EN 1993-1-8
1.3 Opis techniczny
Stalowy dach kratowy hali produkcyjnej o rzucie prostokątnym o szerokości w osiach równej 25,5 m i długości w osiach 218,5 m. Osiowy rozstaw kratownic wynosi 9,5 m. Połać dachu nachylona jest pod kątem 5 . Pokrycie dachu jest wykonane z dachowych płyt warstwowych BALEXMETAL typu BALEXTHERM D z rdzeniem ze sztywnej pianki poliuretanowej w okładzinach z blachy stalowej o grubości mierzonej na fałdzie - 150 mm . Elementy kratownicy zaprojektowano ze stali S275 . Płatwie dachu zaprojektowano z dwuteownika 120 Pas dolny kratownicy został zaprojektowany z kształtowników ½ HEB 160. Pas górny kratownicy zaprojektowano z kształtowników ½ HEB 240. Krzyżulce zaprojektowano z kształtowników zamkniętych kwadratowych wykonanych na gorąco 60 x 60 x 8 [mm]. Słupki zaprojektowano z kształtowników zamkniętych kwadratowych wykonanych na gorąco 60 x 60 x 6,3 [mm]. Stężenia połaciowe zaprojektowano wzdłuż jak i w poprzek hali. Poszczególne elementy kratownicy połączone są ze sobą spawami pachwinowymi za pomocą blach węzłowych wykonanych ze stali S 275 o grubości 7 mm oraz styków montażowych skręcanych śrubami w klasie 8.8
Hala produkcyjna, dla której jest wykonywany projekt stalowego dachu kratowego jestzlokalizowana we Koszalinie na wys. 32 m n.p.m. w I strefie obciążenia śniegiem oraz I strefie
wiatrowej.
1
ZESTAWIENIE OBCIĄŻEŃ STAŁYCH
Płyta PWD – 0,14kN/m2 Płatwie, Stężenia- 0,1kN/m2
Razem 0,24kN/m 0,24kN/m22 - - 0,24/cos50,24/cos5 oo = 0,24kN/m= 0,24kN/m 22
Kratownica ci. własny- 0,266kN/m2- = 0,27kN/m 2
Razem: 0,51kN/m 2
charakterystyczne obliczeniowe
Obciążenia stałe węzła: A i K 9,5m·2,56m·0,5 ·0,51kN/m2 = 6,20kN · 1,35 = 8,37 kN Obciążenia stałe węzła: B,C,D,E,F,G,H,I,J 9,5m·2,56m ·0,51kN/m2 = 12,40kN · 1,35 =16,74 kN
Obliczenie obciążenia od śniegu (hala zlokalizowana w Koszalinie )
2
Obciążenie śniegiem „1”
0,72S*1,5
1,080,8
0,4
0,8
współczynnik ekspozycji 1
współczynnik termiczny 1
0,9
kąt nachylenia dachu 5
s=μi*C
e*C
t*S
k
kN/m2
współczy.kształtu dachu 1 μ μ= μ1(α)
współczy.kształtu dachu 2 μ μ=0,5 μ1(α)
Tablica5.2 μ1
Ce
Ct
wart.char.obciąż.śni.gruntu Sk (kN/m2) tabela stref
α
charakterystyczne obliczeniowe
Obciążenia stałe węzła: A i K 9,5m·2,55m·0,5 ·0,72kN/m2 = 8,72kN · 1,5 =13,08 kN Obciążenia stałe węzła: B,C,D,E,F,G,H,I,J 9,5m·2,55m ·0,72kN/m2 = 17,44kN · 1,5 =26,16 kN
Obliczenie obciążenia od wiatru
Lokalizacja: KoszalinRozpiętość kratownicy: 29,5 mRozstaw kratownic: 9,5 mWysokość w kalenicy: 8,5 mDach dwupołaciowy o kącie nachylenia połaci a = 5°
3
Wyznaczenie podstawowej prędkości wiatru Lokalizacja:Koszalin wys. A =32m npm Strefa obciążeń wiatrem 1
Vb = Cdr • Cseason • Vb,0
gdzie:
Vb – bazowa prędkość wiatru
Cdr - współczynnik kierunkowy – wartość najbardziej niekorzystna wg tabeli NA.2 zakłada kierunek wiatru 0°
w II strefie wiatrowej Cdr = 1
Cseason – współczynnik pory roku Ce = 1,0
Vb,0 – wartość podstawowej bazy wiatru
(Koszalin – strefa II , A < 300m Vb,0 = 26 m/s
Vb = 1,0 • 1,0 • 26 = 26 m/s
Wyznaczenie bazowego ciśnienia prędkości wiatru
qb = 1/2 rair • Vb2
gdzie:
qb - bazowe ciśnienie prędkości wiatru
rair – gęstość powietrza rair = 1,25 kg/m3
qb = 1/2 • 1,25 • 262 = 422,5 N/ m2
Teren kategorii IV
- wymiar chropowatości ( wg. tabeli 4.1) z0 = 1,0m
- wysokość minimalna ( wg. tabeli 4.1) zmin = 10 m
Współczynnik chropowatości dla terenu kategorii IV ( wg. tablicy NA.3)
- wysokość kalenicy z = 8,5 m
Cr(z) = 0,6 •(z/10)0,24 =
Cr(z) = 0,6 •(8,5/10)0,24 = 0,58 Cr(z) = 0,58 Współczynnik rzeźby terenu:
Przyjmuję, że teren jest płaski, czyli nie ma konieczności zwiększania
prędkości wiatru ze względu na ukształtowanie terenu C0(z) = 1,0 Średnia prędkość wiatru:
Vm(z) = Crz • C0z • Vb
4
Vm(z) = 0,58 • 1 • 26= 15,08m/s Vm(z) = 15,08m/s
Współczynnik ekspozycji dla terenu kat. IV ( wg .tab. NA.3 ):
Ce(z) = 1,5•(z/10)0,29 =
Ce(z) = 1,5•(8,5/10)0,29 = 2,3 Ce(z) = 1,43 Wartość szczytowa ciśnienia prędkości:
qp(z) = Cez • qb = qp(z) = 1,43 • 422,5 = 604,18N = 0,6kN/m 2
5
Liczenie obciążeń na poszczególne węzły od wiatru
Wiatr prostopadle do hali- ssanie
Współczynnik ciśnienia zewnętrznego dla dachu dwuspadowego o kącie nachylenia 5o
F G H I J -1,7 -1,2 -0,6 -0,6 -0,6
Węzeł: A
9,5m•2,56m •0,5 •G = 12,16m2 • -1,2= -14,59 Węzeł: B 9,5m•(1,28m+0,86m)•H +9,5m•0,42m•G = 20,33m2•-0,6+3,99m2• -1,2= -16,99
Węzeł: C,D,E9,5m•2,56m•H = 24,32m2•-0,6= -14,59
Węzeł: F
9,5m•2,56m • 0,5•H = 12,16m2•-0,6= -7,30
9,5m•2,56m • 0,5•J = 12,16m2•-0,6= -7,30
Węzeł: G
9,5m•0,42m •J + 9,5m• (0,86 +1,28)• I= 3,99m2•-0,6+20,33m2•-0,6= -14,59
Węzeł: H,I,J9,5m•2,56m•I = 24,32m2•-0,6= -14,59
6
Węzeł: K9,5m•2,56m•0,5• I = 12,16m2•-0,6= -7,30
Wiatr prostopadle do hali „parcie” Współczynniki ciśnienia zewnętrznego dla dachu dwuspadowego o kącie nachylenia 5o
F G H I J 0 0 0 0 +0,2 Węzeł: A
9,5m•2,56m •0,5 •G = 12,16m2 • 0= 0
Węzeł: B 9,5m•(1,28m+0,86m)•H +9,5m•0,42m•G = 20,33m2•-0+3,99m2• 0= 0
Węzeł: C,D,E9,5m•2,56m•H = 24,32m2•0=0
Węzeł: F
9,5m•2,56m • 0,5•H = 12,16m2•0= 0
9,5m•2,56m • 0,5•J = 12,16m2• 0,2=2,43
Węzeł: G
9,5m•0,42m •J + 9,5m• (0,86 +1,28)• I= 3,99m2• 0,2+20,33m2•0= 0,80
Węzeł: H,I,J9,5m•2,56m•I = 24,32m2•-0= 0
Węzeł: K9,5m•2,56m•0,5• I = 12,16m2•-= 0
7
Wiatr wzdłuż hali
Współczynniki ciśnienia zewnętrznego dla dachu dwuspadowego o kącie nachylenia 5o
F G H I -1,6 -1,3 -0,7 -0,6
Węzeł: A,K
9,5m•2,56m •0,5 •G = 12,16m2 • -0,6= -7,30
Węzeł: B,C,D,EF,G,H,I,J9,5m•2,56m•H = 24,32m2• -0,6= -14,59
Węzeł: G
9,5m•2,56m •0,5 •G = 12,16m2 • -0,6= -7,30
9,5m•2,56m •0,5 •G = 12,16m2 • -0,6= -7,30
8
PAS DOLNY- wymiarowanie
Przyjęto profil – połówka dwuteownika szerokostopowego 1/2HEB – 160- stal S275h=80mme=1,48cmA=27,1cm2
iy=1,83cmiz=4,05cmtw=8mmtf=13mmr= 15mm
Sprawdzenie nośności na rozciąganie
fy- 275MPaAc- 27,1cm2
Ned- 597,73kNƳMO-1
N plRd=Af y
Υ MO
N plRd=27,1∗10−4
∗275∗103
1=745,25kN
N Ed
N plRd
=597,73745,25
=0,80<1
Sprawdzenie nośności na ściskanie
Ned- 21,95 kNLy- 2,55mLz= 5,10m
A0r=N Ed
0,7× f y
A0r=21,95⋅104
0,7⋅275⋅103 =1,14cm2
9
Klasa przekroju Środnik
ϵ=√ 235275
=0,92
d= h – tf - r = 80-13-15=52
dtw
=528
=6,5<10ϵ→ klasa1
Stopka
c= bf/2 -tw/2 -R= 160/2 -8/2 -15= 61
ct f
=6113
=4,69<9ϵ →klasa1
Kształtownik jest klasy 1
Sprawdzenie nośności na wyboczenie elementu ściskanego
Długość wyboczeniowa Lcr,y=2,55m , iy=1,83cm
Lcr,z =5,10m , iz=4,05cm
λcr , y=Lcr , yi y
λcr , y=2551,83
=139,34
λcr , z=Lcr , zi z
10
λcr , z=5104,05
=125,93
Smukłość porównawcza
λ1=93,9ε=93,9∗√ 235275
=86,80
Współczynnik wyboczenia- krzywa „c”
λ y=λ cr , yλ1
=139,34
86,8=1,61→ χ=0,28
λ z=λ cr , zλ1
=125,9386,80
=1,45→χ =0,31
Obliczeniowa nośność na wyboczenie elementu ściskanego
N b , Rd , y=χ Af yγ MI
=0,2827,1∗10−4
∗275∗103
1=208,67kN
N Ed
N bRd , y
=21,59208,67
=0,10
N b , Rd , z=χ Af yγ MI
=0,3127,1∗10−4
∗275∗103
1=231,03kN
N Ed
N bRd , z
=21,59231,03
=0,09
Przekrój jest wystarczający
11
PAS GÓRNY- wymiarowanie
Przyjęto profil – połówka dwuteownika szerokostopowego 1/2HEB – 240- stal S275h=120mme=2,06cmA=63,00cm2
iy=2,74cmiz=6,08cmtw=10mmtf=17mmr= 21mm
Sprawdzenie nośności na rozciąganie
fy- 275MPaAc- 63,00cm2
Ned- 26,04kNƳMO-1
N plRd=Af y
Υ MO
N plRd=63∗10−4
∗275∗103
1=1732,5kN
N Ed
N plRd
=26,041732,5
=0,02<1
Sprawdzenie nośności na ściskanie
Ned- 606,36kNLy- 2,56mLz= 5,12m
A0r=606,36⋅104
0,7⋅275⋅103 =31,5cm2
12
A0r=N Ed
0,7× f y
Klasa przekroju Środnik
ϵ=√ 235275
=0,92
d= h – tf - r = 120-17-21=82
dtw
=8210
=8,2<10ϵ→ klasa1
Stopka
c= bf/2 -tw/2 -R= 240/2 -10/2 -21= 94
ct f
=9417
=5,53<9ϵ→ klasa1
Kształtownik jest klasy 1
Sprawdzenie nośności na wyboczenie elementu ściskanego
Długość wyboczeniowa Lcr,y=2,56m , iy=2,74cm
Lcr,z =5,12m , iz=6,08cm
λcr , y=Lcr , yi y
λcr , y=2562,74
=93,43
λcr , z=Lcr , zi z
λcr , z=5126,08
=84,21
13
Smukłość porównawcza
λ1=93,9ε=93,9∗√ 235275
=86,80
Współczynnik wyboczenia- krzywa „c”
λ y=λcr , yλ1
=93,4386,8
=1,08→χ =0,5
λ z=λ cr , zλ1
=84,2186,80
=0,97→χ =0,56
Obliczeniowa nośność na wyboczenie elementu ściskanego
N b , Rd , y=χ Af yγ MI
=0,553∗10−4
∗275∗103
1=728,75kN
N Ed
N bRd , y
=606,36728,75
=0,83
N b , Rd , z=χ Af yγ MI
=0,5653∗10−4
∗275∗103
1=816,20 kN
N Ed
N bRd , z
=606,36816,20
=0,74
Przekrój jest wystarczający
14
SŁUPKI- wymiarowanie
Przyjęto profil – kształtownik zamknięty kwadratowy wykonany na gorąco – 60x60x6,3- stal S275
Sprawdzenie nośności na rozciąganie
fy- 275MPaAc- 13,1,00cm2
Ned-15,01kNƳMO-1
N plRd=Af y
Υ MO
N plRd=13,1⋅10−4
⋅275⋅103
1=360kN
N Ed
N plRd
=15,01360
=0,04<1
Sprawdzenie nośności na ściskanie
Ned- 233,84kNL- 1,5m
A0r=N Ed
0,7× f y
A0r=233,84⋅104
0,7⋅275⋅103 =12,15cm2
15
Przyjęto kształtownik kwadratowy zamknięty wykonany na gorąco
60x60x6,3 stal S275
A=13,1cm2 iy=iz= 2,17cm R=6,3mm b=60mm t =6,3mm
ϵ=√ 235275
=0,92
Klasa przekroju ct=b−2⋅t−2⋅R
t=
60−2⋅6,3−2⋅6,36,3
=5,52<33ε
Kształtownik jest klasy 1
Sprawdzenie nośności na wyboczenie elementu ściskanego
Długość wyboczeniowa Lcr,y=Lcr,z =1,50m , iy=ix= 2,17cm
λcr , y=λ cr , z
λcr , y=Lcr , yi y
λcr , y=1502,17
=69,12
Smukłość porównawcza
λ1=93,9ε=93,9∗√ 235275
=86,80
16
Współczynnik wyboczeniaλ z=λ y
Krzywa -a
λ y=λcr , yλ1
=69,1286,80
=0.80→χ =0,79
Obliczeniowa nośność na wyboczenie elementu ściskanego
N b , Rd=χ Af yγ MI
=0,6113,1⋅10−4
⋅275⋅103
1=284,60kN
N Ed
N bRd
=233,84284,60
=0,82
Przekrój jest wystarczający
17
KRZYŻULCE- wymiarowanie
Przyjęto profil – kształtownik zamknięty kwadratowy wykonany na gorąco – 60x60x8- stal S275
Sprawdzenie nośności na rozciąganie
fy- 275MPaAc- 16,00cm2
Ned-364,66kNƳMO-1
N plRd=Af y
Υ MO
N plRd=16⋅10−4
⋅275⋅103
1=440kN
N Ed
N plRd
=364,66
440=0,83<1
Sprawdzenie nośności na ściskanie
Ned- 20,79kNL- 3,46m
Przyjęto kształtownik kwadratowy zamknięty wykonany na gorąco
60x60x8 stal S275
A=16cm2 iy=iz= 2,09cm R=8mm b=60mm
18
t =8mm
ϵ=√ 235275
=0,92
Klasa przekroju ct=b−2⋅t−2⋅R
t=
60−2⋅8−2⋅88
=3,5<33ε
Kształtownik jest klasy 1
Sprawdzenie nośności na wyboczenie elementu ściskanego
Długość wyboczeniowa Lcr,y=Lcr,z =3,46m , iy=ix= 2,09cm
λcr , y=λ cr , z
λcr , y=Lcr , yi y
λcr , y=3462,09
=165,55
Smukłość porównawcza
λ1=93,9ε=93,9∗√ 235275
=86,80
Współczynnik wyboczeniaλ z=λ y
Krzywa -a
19
λ y=λcr , yλ1
=165,5586,80
=1,91→χ =0,22
Obliczeniowa nośność na wyboczenie elementu ściskanego
N b , Rd=χ Af yγ MI
=0,2216⋅10−4
⋅275⋅103
1=96,8kN
N Ed
N bRd
=20,7996,80
=0,39
Przekrój jest wystarczający
Projektowanie połączeń spawanych krzyżulców z pasem dolnym i górnym
Krzyżulce zaprojektowane z kształtownika zamkniętego kwadratowego 60x60x8 stal S275Słupki zaprojektowane z kształtownika zamkniętego kwadratowego 60x60x6,3 stal S275fy= 275 MPafu= 430 MPat = 6,3mm
ϒM2= 1,25β = 0,8
Grubość spoin jest ograniczona warunkami: 0,2t = 0,2·6,3= 1,3mm amin= max =3mm 3mm
0,7t = 0,7·6,3= 4,4mm amax= min =4,4mm 16mm
Przyjęto spoinę a= 4mm
20
Wytrzymałość obliczeniowa spoin pachwinowych dla stali S275=
f vw.d=f u/√3β⋅γ M2
f vw.d=430 /√30,8⋅1,25
=248,26Mpa
Fed<lwFw,Rd to
gdzie: Fw,Rd=fvw,daw
Węzeł N
Max. obciążenia w krzyżulcach i słupkachK33= 224,53kNS23= 125,72kNdla krzyżulca K33 max obciążenie 224,53kN
l w⩾224,53⋅103
4⋅10−3⋅248,26⋅106 =0,23m=230mm
przyjęto lw = 4 x 60mm
dla słupka S23 max obciążenie 125,72kN
l w⩾125,72⋅103
4⋅10−3⋅248,26⋅106 =0,13m=130mm
przyjęto lw = 4 x 40mm
21
l w⩾F Ed
F w.Rd
Węzeł C
Max. obciążenia w krzyżulcach i słupkachK34= 122,48kNS23= 125,72kNdla krzyżulca K34 max obciążenie 122,48kN
l w⩾122,48⋅103
4⋅10−3⋅248,26⋅106 =0,12m=120mm
przyjęto lw = 4 x 30mm
dla słupka S23 max obciążenie 125,72kN
l w⩾125,72⋅103
4⋅10−3⋅248,26⋅106 =0,13m=130mm
przyjęto lw = 4 x 40mm
Węzeł O
Max. obciążenia w krzyżulcach i słupkachK34= 122,48kNS24= 67,24kNdla krzyżulca K34 max obciążenie 122,48kN
l w⩾122,48⋅103
4⋅10−3⋅248,26⋅106 =0,12m=120mm
przyjęto lw = 4 x 30mm
dla słupka S24 max obciążenie 67,24kN
l w⩾67,24⋅103
4⋅10−3⋅248,26⋅106 =0,07m=70mm
22
przyjęto lw = 4 x 30mm
Węzeł D
Max. obciążenia w krzyżulcach i słupkachK35= 34,07kNS24= 67,24kNdla krzyżulca K35 max obciążenie 34,07kN
l w⩾34,07⋅103
4⋅10−3⋅248,26⋅106 =0,03m=30mm
przyjęto lw = 4 x 30mm
dla słupka S24 max obciążenie 67,24kN
l w⩾67,24⋅103
4⋅10−3⋅248,26⋅106 =0,07m=70mm
przyjęto lw = 4 x 30mm
23