SSB02_Projekt_koncepcyjny.pdf

KONSTRUKCJE STALOWE W EUROPIE Jednokondygnacyjne konstrukcje stalowe Cz 2: Projekt koncepcyjny

Jednokondygnacyjne konstrukcje stalowe Cz 2: Projekt koncepcyjny

2 - ii

Cz 2: Projekt koncepcyjny

2 - iii

PRZEDMOWA Niniejsza publikacja stanowi drug cz przewodnika projektanta zatytuowanego Jednokondygnacyjne konstrukcje stalowe.

Przewodnik Jednokondygnacyjne konstrukcje stalowe skada si z nastpujcych 11 czci: Cz 1: Poradnik architekta Cz 2: Projekt koncepcyjny Cz 3: Oddziaywania Cz 4: Projekt wykonawczy ram portalowych Cz 5: Projekt wykonawczy kratownic Cz 6: Projekt wykonawczy supw zoonych Cz 7: Inynieria poarowa Cz 8: Przegrody zewntrzne budynku Cz 9: Wprowadzenie do oprogramowania komputerowego Cz 10: Wzorcowa specyfikacja konstrukcji Cz 11: Poczenia zginane

Jednokondygnacyjne konstrukcje stalowe to jeden z dwch przewodnikw projektanta. Drugi przewodnik nosi tytu Wielokondygnacyjne konstrukcje stalowe.

Obydwa przewodniki projektanta powstay w ramach europejskiego projektu Wspieranie rozwoju rynku ksztatownikw na potrzeby hal przemysowych i niskich budynkw (SECHALO) RFS2-CT-2008-0030.

Przewodniki projektanta zostay opracowane pod kierownictwem firm ArcelorMittal, Peiner Trger oraz Corus. Tre techniczna zostaa przygotowana przez orodki badawcze CTICM oraz SCI wsppracujce w ramach joint venture Steel Alliance.


2 - iv


2 - v

Spis treci Nr strony

PRZEDMOWA iii

STRESZCZENIE vi

1 WPROWADZENIE 11.1 Hierarchia decyzji projektowych 11.2 Projekt architektoniczny 21.3 Wybr typu budynku 71.4 Wymagania projektowe 101.5 Zrwnowaony rozwj 13

2 ANALIZA PRZYPADKW DOTYCZCA BUDYNKW JEDNOKONDYGNACYJNYCH 152.1 Hala produkcyjna, Express Park, Wielka Brytania 152.2 Supermarket, Esch, Luksemburg 162.3 Stacja obsugi przy autostradzie, Winchester, Wielka Brytania 172.4 Hangar konsorcjum Airbus Industrie, Tuluza, Francja 182.5 Hala przemysowa, Krimpen aan den Ijssel, Holandia 192.6 Centrum dystrybucyjne i biuro, Barendrecht, Holandia 20

3 PROJEKT KONCEPCYJNY RAM PORTALOWYCH 213.1 Rama portalowa z dachem dwuspadowym 223.2 Stateczno ramy 243.3 Stateczno elementw konstrukcyjnych 253.4 Projekt wstpny 273.5 Poczenia 293.6 Inne typy ram portalowych 31

4 PROJEKT KONCEPCYJNY KONSTRUKCJI KRATOWNICOWYCH 374.1 Wprowadzenie 374.2 Elementy kratownicy 394.3 Stateczno ramy 414.4 Projekt wstpny 424.5 Kratownice ze sztywn ram 434.6 Poczenia 44

5 KONSTRUKCJE Z BELEK SWOBODNIE PODPARTYCH 45

6 SUPY ZOONE 46

7 OKADZINY 487.1 Pojedynczy arkusz blachy trapezowej 487.2 System poszycia podwjnego 487.3 Pokrycie czone na rbek stojcy 507.4 Panele kompozytowe lub warstwowe 507.5 Projektowanie cian z uwagi na warunki poarowe 51

8 PROJEKT WSTPNY RAM PORTALOWYCH 528.1 Wprowadzenie 528.2 Szacunkowe okrelanie wymiarw elementw 52

LITERATURA 55


2 - vi

STRESZCZENIE W niniejszej publikacji podano niezbdne informacje pomocne w wyborze i zastosowaniu konstrukcji stalowych na etapie projektu koncepcyjnego nowoczesnych budynkw jednokondygnacyjnych. Gwnym przedmiotem zainteresowania s budynki przemysowe, ale te same informacje mona rwnie wykorzysta w innych sektorach, np. w odniesieniu do budynkw handlowych, usugowych i rekreacyjnych. Informacje zostay przedstawione w postaci strategii projektowej, anatomii projektu budynku oraz systemw konstrukcyjnych istotnych z punktu widzenia budynkw jednokondygnacyjnych. Inne czci przewodnika zawieraj informacje na temat obcie, projektu koncepcyjnego ram portalowych, projektu koncepcyjnego kratownic oraz okadzin.


2 - 1

1 WPROWADZENIE

W budynkach jednokondygnacyjnych stosowane s rnego rodzaju konstrukcje stalowe i okadziny metalowe. Pozwala to tworzy due, otwarte przestrzenie, ktre s praktyczne, atwe w utrzymaniu i mog by dostosowane od zmieniajcych si potrzeb. Budynki jednokondygnacyjne stanowi gwny rynek zbytu stali. Jednak skala zastosowania stali w tego typu obiektach jest inna w kadym z krajw europejskich.

Budynki jednokondygnacyjne to zwykle due obiekty zamknite, moe jednak zaj potrzeba wydzielenia w nich przestrzeni dla innych zastosowa, takich jak biura, przeadunek i transport, suwnice itd. Z tego wzgldu przy ich projektowaniu naley wzi pod uwag wiele czynnikw.

Poniewa coraz wiksz rol odgrywaj kwestie rozwiza architektonicznych oraz wpywu na wygld otoczenia, w projektowanie nowoczesnych budynkw jednokondygnacyjnych angauje si wielu znanych architektw.

W niniejszym rozdziale omwione zostan powszechnie stosowane typy projektowanych budynkw jednokondygnacyjnych oraz zakres ich zastosowania. Dopuszcza si wystpowanie lokalnych rnic w zalenoci od przyjtej praktyki, przepisw i moliwoci acucha dostaw.

1.1 Hierarchia decyzji projektowych Opracowanie rozwizania projektowego dla budynku jednokondygnacyjnego, takiego jak duy obiekt zamknity lub zakad przemysowy, w wikszym stopniu ni w przypadku innego typu obiektw, np. budynkw handlowych lub mieszkalnych, zaley od jego przeznaczenia i przyszych wymaga odnonie przestrzeni. Chocia budynki tego typu peni gwnie funkcje uytkowe, projektuje si je czsto z naciskiem na stron architektoniczn, zgodnie z wymogami planowania przestrzennego i wizerunkiem klienta.

Na etapie projektu koncepcyjnego budynkw przemysowych i duych obiektw zamknitych, w zalenoci od formy i przeznaczenia budynku naley wzi pod uwag nastpujce oglne wymagania projektowe:

wykorzystanie przestrzeni, na przykad specjalne wymagania dotyczce obchodzenia si z materiaami i czciami w zakadzie produkcyjnym;

elastyczno aktualnego i przyszego wykorzystania przestrzeni; szybko budowy; oddziaywanie na rodowisko, w tym wymagania dotyczce instalacji

i sprawno termiczna; estetyka i wpyw na wygld otoczenia; izolacja akustyczna, szczeglnie w zakadach produkcyjnych; dostp i bezpieczestwo; czynniki zwizane ze zrwnowaonym rozwojem; wymagania dotyczce projektowanego okresu uytkowania i konserwacji,

cznie z kwesti zakoczenia eksploatacji.


2 - 2

W celu opracowania projektu koncepcyjnego naley rozway te czynniki w oparciu o dany typ budynku jednokondygnacyjnego. Na przykad wymagania odnoszce si do centrum dystrybucji bd rne od tych stawianych zakadowi produkcyjnemu. Przegld rnych kwestii projektowych dotyczcych powszechnie stosowanych typw budynkw oraz ich znaczenie przedstawiono w tabeli 1.1.

Tabela 1.1 Istotne czynniki projektowe w odniesieniu do budynkw jednokondygnacyjnych

Typ budynku jednokondygnacyjnego

Wym

agan

ia p

rzes

trzen

ne

Ela

styc

zno

zast

osow

a

Szy

bko

budo

wy

Dos

tp

i bez

piec

zes

two

Stan

dary

zacj

a el

emen

tw

Odd

zia

ywan

ie n

a r

odow

isko

Est

etyk

a i w

pyw

na

wyg

ld

otoc

zeni

a

Izol

acja

aku

styc

zna

Pro

jekt

owan

y ok

res

uyt

kow

ania

, ko

nser

wac

ja i

pono

wne

w

ykor

zyst

anie

Magazyn wysokiego skadowania

99 99 99 99 99 9 9

Zakad produkcyjny 99 99 9 99 9 9 99 9 Centrum dystrybucji 99 99 99 99 99 9 9 9 Hipermarket 99 99 9 99 99 99 99 9 Magazyn/chodnia 9 9 9 99 9 99 9 99 Biuro i zakad produkcji lekkiej

9 9 9 9 9 99 9 99 9

Zakad przetwarzania 9 9 99 9 9 99 9 Centrum rekreacji 9 99 9 9 9 99 99 9 9 Hala sportowa 99 99 9 9 9 99 99 9 Hala wystawowa 99 99 9 99 9 99 99 99 9 Hangar samolotowy 99 9 9 99 9 9 9 9 9

Legenda: Brak oznaczenia = niewane 9 = wane 99 = bardzo wane

1.2 Projekt architektoniczny Nowoczesne budynki jednokondygnacyjne wykonane przy zastosowaniu stali s zarwno funkcjonalne, jak i atrakcyjne pod wzgldem architektonicznym. Poniej przedstawiono rnego rodzaju przykady wraz z krtkim opisem koncepcji projektowej. Moliwe jest zastosowanie rnych rozwiza konstrukcyjnych, ktre przedstawiono w rozdziaach 2 i 3.

1.2.1 Forma budynku Podstawowy ukad konstrukcyjny budynku jednokondygnacyjnego moe nalee do jednego z kilku rnych typw oglnych, jak pokazano na rysunku 1.1. Rysunek przedstawia koncepcyjny przekrj poprzeczny kadego typu budynku, z uwagami dotyczcymi koncepcji konstrukcji, typowych si i momentw wynikajcych z obcie grawitacyjnych.


2 - 3

Belka swobodnie podparta

Rama portalowa

Kratownica

Kratownica portalowa

Rysunek 1.1 Koncepcje konstrukcyjne

Poniej opisano podstawowe koncepcje projektowe kadego typu konstrukcji:

Prosta belka dachowa podparta na supach Stosuje si zwykle ograniczon rozpito do okoo 20 m. Belka dachowa moe by wstpnie wygita. Na dachu i wszystkich elewacjach wymagane jest zastosowanie ste, aby zapewni stateczno w paszczynie i stateczno wzdun.

Rama portalowa Rama portalowa to rama sztywna z poczeniami odpornymi na zginanie w celu zapewnienia statecznoci w paszczynie. Rama portalowa moe by jednonawowa lub wielonawowa, jak pokazano na rysunku 1.2. Elementami konstrukcyjnymi s na og zwyke ksztatowniki walcowane, przy czym nono rygla jest podwyszona miejscowo dziki zastosowaniu wzmocnie wzw (skosw). W wielu przypadkach podstawy ramy s poczone przegubowo.

Stateczno wzdun gwarantuje kombinacja stenia dachowego zastosowanego w jednej lub obu przsach kocowych i stenia pionowego na elewacjach. Jeeli na elewacjach nie mona zastosowa stenia pionowego (np. ze wzgldu na drzwi przemysowe), stateczno zapewnia czsto sztywna rama umieszczona wewntrz elewacji.


2 - 4

Kratownice Konstrukcje kratownicowe wyposaone s zwykle w stenia dachowe i stenia pionowe na kadej elewacji w celu zapewnienia statecznoci w obu kierunkach ortogonalnych, jak pokazano na rysunku 1.4. Kratownice mog mie rne ksztaty, tworzc dachy zewntrzne o niewielkim lub duym spadku.

Konstrukcja kratownicowa moe by rwnie zaprojektowana jako konstrukcja sztywna w paszczynie, chocia w celu zapewnienia statecznoci ramy czciej stosuje si stenia.

Inne formy konstrukcji Supy zoone (dwie belki proste poczone tak, aby tworzyy sup zoony) stosuje si czsto do przenoszenia duych obcie, takich jak dwignice. Takie supy mona stosowa w konstrukcjach portalowych, ale zwykle stosuje si je ze sztywnymi podstawami i steniami dla zapewnienia statecznoci w paszczynie.

Mona zastosowa zewntrzne lub podwieszane konstrukcje wsporcze, jak pokazano na Figure 1.6, lecz takie rozwizania nie s zbyt popularne.

Rysunek 1.2 Wielonawowa konstrukcja ramy portalowej


2 - 5

Rysunek 1.3 Zastosowanie ukowych belek aurowych w ramie portalowej

Rysunek 1.4 Kratownice dachowe i supy zoone


2 - 6

Rysunek 1.5 ukowe belki aurowe zastosowane w centrum rekreacji

Rysunek 1.6 Konstrukcja zewntrzna podpierajca budynek

jednokondygnacyjny


2 - 7

1.3 Wybr typu budynku Zastosowanie ram portalowych uwaa si za bardzo ekonomiczny sposb wykonania konstrukcji jednokondygnacyjnego obiektu zamknitego. Ich efektywno zaley od metody badawczej oraz zaoe dotyczcych utwierdze elementw konstrukcyjnych, jak pokazano w tabeli 1.2. Zaoenia dotyczce statecznoci elementw mog by rne w zalenoci od kraju.

Tabela 1.2 Efektywny projekt ramy portalowej

Najbardziej efektywny Najmniej efektywny

Analiza przy uyciu programu do obliczania wasnoci sprystych i plastycznych

Analiza sprysta

Okadzina, ktra ma utwierdza pas patwi i szyny boczne

Nieutwierdzone patwie i szyny boczne

Patwie i szyny boczne stosowane do utwierdzenia obu pasw konstrukcji stalowej z elementw walcowanych na gorco

Nieutwierdzony pas wewntrzny konstrukcji stalowej z elementw walcowanych na gorco

Wykorzystana nominalna sztywno podstawy

Nieuwzgldniona nominalna sztywno podstawy

Argumenty przemawiajce za wyborem konstrukcji z belek swobodnie podpartych, ram portalowych lub kratownic podano w tabeli 1.3.

Tabela 1.3 Porwnanie podstawowych form konstrukcyjnych stosowanych w budynkach jednokondygnacyjnych

Belka swobodnie podparta Rama portalowa Kratownica

Zalety

Prosty projekt Dua rozpito Moliwe bardzo due rozpitoci

Projekt zapewniajcy stateczno wzgldem wyboczenia w paszczynie

Moliwo przenoszenia duych obcie

Istnieje moliwo dostosowania rozmiarw i skosw elementw konstrukcyjnych w celu zwikszenia efektywnoci

Nieznaczne ugicie

Wady

Stosunkowo niewielka rozpito

Wymagane oprogramowanie do efektywnego projektowania

Na og bardziej kosztowna produkcja

Stenie potrzebne dla zapewnienia statecznoci wzgldem wyboczenia w paszczynie

Ograniczenie do stosunkowo maych obcie pionowych i niewielkich dwignic w celu uniknicia zbytnich ugi

Na og stosuje si stenie dla zapewnienia statecznoci wzgldem wyboczenia w paszczynie

Brak oszczdnoci ze wzgldu na cigo


2 - 8

1.3.1 Typy okadzin Poniej opisano gwne typy pokry dachowych i okadzin ciennych stosowanych w budynkach jednokondygnacyjnych. Pokrycie dachowe Wielowarstwowe lub dwuwarstwowe pokrycie dachowe rozpostarte pomidzy

drugorzdnymi elementami konstrukcji, takimi jak patwie.

Panele kompozytowe (zwane take panelami warstwowymi) rozpostarte pomidzy patwiami.

Wysoka blacha profilowana rozpostarta pomidzy gwnymi ramami i podtrzymujca izolacj, z zewntrznym pokryciem metalowym lub wodoszczeln membran.

ciany Arkusze blachy uoone pionowo i wsparte na szynach bocznych. Arkusze blachy lub konstrukcyjne kasety wzdune rozpostarte poziomo

pomidzy supami.

Panele kompozytowe lub warstwowe rozpostarte poziomo pomidzy supami, bez koniecznoci stosowania szyn bocznych.

Metalowe panele kasetonowe wsparte na szynach bocznych. Na jednej elewacji mona zastosowa kilka rnych rodzajw okadzin w celu uzyskania podanego efektu wizualnego. Przykady zilustrowano na rysunku 1.7, 1.8 oraz 1.9. Czsto jako cian cokoow poniej poziomu okien stosuje si mur ceglany, aby zapewni odporno na urazy mechaniczne, jak pokazano na rysunku 1.8.

Rysunek 1.7 Arkusze blachy rozoone poziomo


2 - 9

Rysunek 1.8 Due okna i zastosowanie paneli kompozytowych z ceglan cian cokoow

Rysunek 1.9 Poziome panele kompozytowe i okna wstgowe


2 - 10

1.4 Wymagania projektowe Poniej przedstawiono wymagania projektowe w odniesieniu do budynkw jednoprzsowych.

1.4.1 Oddziaywania Oddziaywania stae Oddziaywania stae to ciar wasny konstrukcji, drugorzdnej konstrukcji stalowej oraz okadziny. Mona je wyliczy w oparciu o norm EN 1991-1-1.

Typowy ciar materiaw stosowanych w pokryciach dachowych podano w tabeli 1.4.

Jeli dach przenosi jedynie normalne obcienia uytkowe (tj. bez podwieszanych urzdze i tym podobnych), na powierzchni dachu w rzucie poziomym ciar wasny ramy stalowej wynosi zwykle od 0,2 do 0,4 kN/m2.

Tabela 1.4 Typowe ciary materiaw dachowych

Materia Ciar (kN/m2)

Stalowe pokrycie dachowe (pojedyncze) 0,07 0,12

Aluminiowe pokrycie dachowe (pojedyncze) 0,04

Izolacja (pyty, na 25 mm gruboci) 0,07

Izolacja (wkno szklane, na 100 mm gruboci) 0,01

Kasety wzdune (0,4 mm 0,7 mm gruboci) 0,04 0,07

Panele kompozytowe (40 mm 100 mm gruboci) 0,1 0,15

Patwie stalowe (rozmieszczone na powierzchni dachu) 0,03

Blacha stalowa 0,2

Trzy warstwy papy pokryte drobnym kruszywem 0,29

Pytka upkowa 0,4 0,5

Dachwki (ceramiczne lub cementowe) 0,6 0,8

Dachwki (ceramiczne zakadkowe) 0,5 0,8

Drewniane aty dachowe 0,1

Oddziaywania zmienne Oddziaywania zmienne naley okreli zgodnie z nastpujcymi czciami Eurokodw:

EN 1991-1-1 w przypadku obcie uytkowych dachu, EN 1991-1-3 w przypadku obcienia niegiem, EN 1991-1-4 w przypadku oddziaywa wiatru.

Zgodnie z zaleceniem normy EN 1991-1-1 w przypadku dachw dostpnych jedynie w celu konserwacji i naprawy (kategoria H) obcienie powinno by rozoone rwnomiernie i wynosi 0,4 kN/m2. Zalecana jest rwnie warto obcienia skupionego rwna 1,0 kN, ale ma ono wpyw jedynie na projekt pokrycia, a nie na gwne elementy konstrukcyjne.

Norma EN 1991-1-3 zawiera kilka przykadw moliwych przypadkw obcie niegiem, cznie ze niegiem rozoonym rwnomiernie i niegiem naniesionym, ktry wystpuje zwykle w koszach dachu, za attykami itd. Istnieje rwnie moliwo wystpienia wyjtkowych obcie niegiem.


2 - 11

Warto obcienia niegiem zaley od lokalizacji budynku i wysokoci nad poziomem morza.

Do okrelania oddziaywa wiatru, ktre zale od wysokoci, odlegoci od morza i otaczajcego terenu, stosuje si norm EN 1991-1-4.

Sposb okrelania obcie opisano szczegowo w osobnym rozdziale niniejszego przewodnika.

Obcienia zwizane z instalacjami mog si znacznie rni w zalenoci od przeznaczenia budynku. Typowe obcienie instalacjami mierzone w rzucie poziomym moe wynosi pomidzy 0,1 a 0,25 kN/m2 i zaley od przeznaczenia budynku. Jeli uwzgldnione maj by obcienia urzdzeniami obiegu powietrza lub innym wikszym sprztem, naley dokadnie obliczy obcienie instalacjami.

1.4.2 Wpyw temperatury W teorii ramy stalowe rozszerzaj si i kurcz pod wpywem temperatury. Czsto zmiana temperatury samej konstrukcji stalowej jest o wiele mniejsza ni jakakolwiek zmiana temperatury zewntrznej, poniewa konstrukcja jest osonita. Przyjmuje si na og, e zakres ruchu przy zastosowaniu rub w lunych otworach wystarcza, aby zniwelowa efekty zmian pooenia wynikajcych z temperatury.

Zaleca si unikanie w miar moliwoci zczy kompensacyjnych, poniewa s one kosztowne i trudne do uszczegowienia w celu utrzymania odpornej na zmiany pogodowe przegrody zewntrznej. Zamiast stosowa zcza kompensacyjne, ram mona przeanalizowa pod ktem wpywu zmiany temperatury na konstrukcj. Oddziaywania temperatury mona okreli na podstawie normy EN 1991-1-5, a kombinacje oddziaywa mona zweryfikowa zgodnie z norm EN 1990. W wikszoci przypadkw elementy konstrukcyjne zostan uznane za odpowiednie.

Powszechna praktyka w przypadku budynkw przemysowych w Europie Pnocnej (przy braku oblicze) pokazuje, e nie ma potrzeby stosowania zczy kompensacyjnych, jeli dugo budynku nie przekracza 150 m. W cieplejszych warunkach klimatycznych przyjtym sposobem postpowania jest ograniczenie dugoci do ok. 80 m. Chocia zasady dobrej praktyki sugeruj umieszczanie stenia pionowego w poowie dugoci konstrukcji, tak aby umoliwi swobodne rozprenie na obu jej kracach, to rozwizanie nie zawsze jest moliwe lub podane. Wiele konwencjonalnych budynkw przemysowych ma stenia na kadym kracu lub w odstpach wzdu caej konstrukcji bez stosowania zczy kompensacyjnych i takie rozwizanie sprawdza si znakomicie.


2 - 12

1.4.3 Izolacyjno termiczna i szczelno powietrzna Izolacyjno termiczna jednokondygnacyjnych budynkw i obiektw zamknitych jest szczeglnie istotna ze wzgldu na ich du powierzchni. Pojcie izolacyjnoci termicznej obejmuje take zapobieganie zbytniej utracie ciepa w wyniku przenikania powietrza, czyli tzw. szczelno powietrzn.

Istnieje silna zaleno pomidzy typami okadzin a izolacyjnoci termiczn budynku. Nowoczesne systemy okadzin stalowych, jak np. panele kompozytowe, mog osiga wartoci wspczynnika U nisze ni 0,2 W/(m2K).

Oceny szczelnoci powietrznej dokonuje si na podstawie bada w penej skali przeprowadzanych po zakoczeniu budowy, podczas ktrych wntrze obiektu poddane jest prbie cinieniowej przy rnicy cinie wewntrz i na zewntrz budynku wynoszcej 50 Pa (warto ta moe si rni w zalenoci od kraju). Dokonuje si pomiaru objtoci powietrza utraconego, a zmierzona warto powinna by mniejsza od okrelonego limitu zwykle jest to 10 m3/m2/godzin.

1.4.4 Ognioodporno Wymagania dotyczce ognioodpornoci zale od wielu czynnikw, takich jak zawarto materiaw palnych w budynkw, efektywne sposoby ewakuacji i wskanik zagszczenia (np. w miejscach publicznych). Budynki jedno-kondygnacyjne s zwykle dobrze przygotowane do ewakuacji a wikszo obiektw zamknitych projektowana jest z uwzgldnieniem okresw ognioodpornoci wynoszcych 30 minut lub mniej. Wyjtkiem mog by przestrzenie biurowe przy takich budynkach.

W przepisach krajowych nacisk kadziony jest zwykle na ograniczenie rozprzestrzeniania si ognia na przylegajce obiekty, a nie na wasnoci konkretnego budynku, zwaszcza gdy jest to obiekt przemysowy. Czynnikiem decydujcym jest czsto odlego od ssiedniej granicy. Jeli takie przepisy maj zastosowanie, wybieranym zwykle rozwizaniem jest zapewnienie odpornoci na zniszczenie elewacji ssiadujcej z granic. W tym celu stosuje si zazwyczaj okadzin ognioodporn i zapewnia si stateczno gwnej konstrukcji nonej chronic konstrukcj stalow danej elewacji i projektujc j tak, aby bya odporna na siy przyoone przez czci konstrukcji, ktre ulegy zniszczeniu.

W przypadku wielu typw budynkw, jak np. sale wystawowe, mona korzystajc z inynierii poarowej przeprowadzi analiz w celu wykazania, e zastosowane rodki zaradcze skutecznie zmniejszaj temperatur poaru do takiego poziomu, przy ktrym konstrukcja jest w stanie wytrzyma obcienia przyoone w sytuacji poaru bez dodatkowej ochrony przeciwpoarowej.


2 - 13

1.5 Zrwnowaony rozwj Konstrukcja budowana zgodnie z zasadami zrwnowaonego rozwoju musi uwzgldnia trzy aspekty:

Kryteria rodowiskowe

Kryteria ekonomiczne

Kryteria spoeczne

Konstrukcje stalowe speniaj trzy wymienione kryteria.

Kryteria rodowiskowe Stal naley do materiaw, ktre s najczciej odzyskiwane i ponownie przetwarzane. Okoo 84% stali przetwarza si ponownie bez utraty wytrzymaoci ani jakoci, a 10% powtrnie si wykorzystuje. Przeduenie czasu eksploatacji budynku jest zwykle bardziej korzystne ni jego rozbirka. Konstrukcja stalowa uatwia to zadanie dziki duym przestrzeniom bez supw, ktre zapewniaj elastyczno podczas zmian w sposobie uytkowania obiektu. Postp w produkcji surowcw oznacza mniejsze zuycie wody i energii w procesie produkcji, a take pozwala na znaczn redukcj haasu i zanieczyszcze oraz ograniczenie emisji CO2.

Kryteria ekonomiczne W przypadku konstrukcji stalowej rne elementy konstrukcyjne cz si, tworzc zintegrowany projekt. Materiay s produkowane, wytwarzane z czci i konstruowane w wydajnych procesach produkcyjnych. Wykorzystanie materiau jest wysoce zoptymalizowane, a odpady praktycznie wyeliminowane. Konstrukcje tego typu s wykorzystywane we wszystkich obszarach wspczesnego ycia, w tym w logistyce, usugach, handlu oraz produkcji, tworzc infrastruktur, od ktrej zalene jest spoeczestwo. Konstrukcje stalowe charakteryzuj si niskimi kosztami inwestycyjnymi, optymalnymi kosztami operacyjnymi i wyjtkow elastycznoci uytkowania budynku, a take wysok jakoci, funkcjonalnoci, estetyk i krtkim czasem budowy.

Kryteria spoeczne Wysoki odsetek elementw budynkw stalowych produkowanych poza miejscem budowy oznacza, e warunki pracy s bezpieczniejsze i kontrolowane, a obszar pracy jest chroniony przed zjawiskami atmosferycznymi. Stae miejsce przebywania pracownikw przyczynia si do rozwoju spoecznoci, ycia rodzinnego i kwalifikacji. Stal nie uwalnia adnych szkodliwych substancji do otoczenia, a budynki stalowe s solidnym, bezpiecznym rozwizaniem.


2 - 14

Konstrukcje jednokondygnacyjne Projektowanie budynkw niskich jest coraz bardziej zalene od doktryny zrwnowaonego rozwoju, okrelonej przez takie kryteria jak:

Efektywne wykorzystywanie materiaw i odpowiedzialne zaopatrywanie si w materiay

Eliminacja odpadw w procesach produkcyjnych i budowlanych Efektywno energetyczna eksploatowanego budynku, cznie z popraw

szczelnoci

rodki majce na celu zmniejszenie zuycia wody Poprawa komfortu wewntrz budynku Oglne kryteria zarzdzania i planowania, takie jak: powizanie z transportem

publicznym, estetyka oraz zachowanie wartoci ekologicznych

Budynki wykonane w konstrukcji stalowej mona tak zaprojektowa, aby speniay wszystkie powysze kryteria. Niektre uznane zalety stali z perspektywy zrwnowaonego rozwoju to:

Konstrukcje stalowe s solidne i mog by dugo eksploatowane. Konstrukcje stalowe, ktrych szczegy zostay prawidowo ustalone i ktre s waciwie konserwowane mog by wykorzystywane bez koca

10% ksztatownikw ze stali konstrukcyjnej trafia do ponownego uytku[1] Okoo 95% ksztatownikw ze stali konstrukcyjnej podlega ponownemu

przetworzeniu

Produkty stalowe, w szczeglnoci komponenty moduowe lub ramy stalowe, mog potencjalnie zosta zdemontowane i ponownie wykorzystane

Konstrukcje stalowe s lekkie i wymagaj mniejszych fundamentw ni inne materiay

Stal jest efektywnie wytwarzana w przemysowych, kontrolowanych procesach

Wszystkie odpady s ponownie przetwarzane. Brak odpadw na miejscu budowy

Wykonanie budynku w konstrukcji stalowej maksymalnie zwiksza moliwo i atwo jego rozbudowy oraz zmiany sposobu jego wykorzystania

Przegrody zewntrzne budynku mog charakteryzowa si wysokim stopniem izolacji termicznej

Prefabrykowane systemy konstrukcyjne s szybko montowane i s o wiele bezpieczniejsze w trakcie realizacji procesw budowlanych

W krajach europejskich istniej rne rodki oceny zgodnoci z zasadami zrwnowaonego rozwoju[2].


2 - 15

2 ANALIZA PRZYPADKW DOTYCZCA BUDYNKW JEDNOKONDYGNACYJNYCH

W poniszej analizie przypadkw opisano wykorzystanie stali w budynkach jednokondygnacyjnych, takich jak salony wystawowe, zakady produkcyjne, supermarkety i podobne obiekty.

2.1 Hala produkcyjna, Express Park, Wielka Brytania

Rysunek 2.1 Rama portalowa w trakcie montau

Rama portalowa pokazana na rysunku 2.1 jest czci nowego zakadu produkcyjnego firmy Homeseeker Homes wytwarzajcej przenone domy do montau na specjalnych osiedlach mieszkaniowych. Projekt skada si z hali produkcyjnej o dugoci 150 m, przylegego obiektu biurowego i osobnego budynku magazynu materiaw.

Hal produkcyjn tworzy dwuspadowa rama portalowa o rozpitoci 35 m i wysokoci 9 m do spodniej czci skosu. Hala produkcyjna musi pomieci cztery suwnice bramowe, kada o dopuszczalnym obcieniu roboczym 5 t. Dwie suwnice mog by uywane razem i wwczas naley dokadnie obliczy siy powstae przy takim obcieniu. Wzrost obcienia wzdunego od suwnic jest przejmowany przez stenie elewacji, ktre zapewnia take stateczno wzdun. W hali produkcyjnej nie ma zczy kompensacyjnych stenie zaprojektowano tak, by wytrzymywao obcienia wynikajce z rozszerzalnoci cieplnej.

Dla lepszej kontroli ugicia bocznego na wysokoci szyn suwnicy, ramy, w odlegociach co 6 m, s nieco sztywniejsze ni odpowiadajce im konstrukcje bez suwnic. Wysoko supw wynosi 762 mm, a rygli 533 mm.


2 - 16

Aby zmniejszy ugicie rnicowe pomidzy ram kocow a ram przedostatni, na szczytach budynku stosuje si ramy portalowe zamiast stanych ram szczytowych zoonych ze supw i swobodnie podpartych rygli.

Zakad znajduje si stosunkowo blisko granicy dziaki budowlanej, co oznacza, e elewacje graniczne musiay zosta zaprojektowane z uwzgldnieniem specjalnych czynnikw. Przeanalizowano przypadek obcienia w warunkach poaru, a podstawy supw zaprojektowano w taki sposb, aby wytrzymay moment wywracajcy pochodzcy od silnie znieksztaconych rygli. Rwnie okadzina na elewacjach granicznych zostaa dobrana tak, aby zapobiec rozprzestrzenianiu si ognia.

Przewidziana w projekcie konstrukcja stalowa o wadze 380 t zostaa wykonana w cigu 6 tygodni.

2.2 Supermarket, Esch, Luksemburg

Rysunek 2.2 Supermarket w miecie Esch w Luksemburgu zastosowanie

ukowych belek aurowych


2 - 17

Aby wykona nieosonit konstrukcj stalow w supermarkecie w Esch w Luksemburgu, zastosowano ukowe belki aurowe o rozpitoci 20 m, jak pokazano na rysunku 2.2. Belki wykonano z ksztatownikw HEB 450, ktre zostay przycite i ponownie zespawane, aby uzyska belki z otworami o rednicy 400 mm. ukowe ramy aurowe umieszczono w odlegociach 7,5 m, przy czym wysoko supw wynosi take 7,5 m, co pokazano na rysunku 2.3. Konstrukcj zaprojektowano zgodnie z zasadami inynierii poarowej, aby uzyska ognioodporno 90 minut bez dodatkowej ochrony przeciwpoarowej.

Rysunek 2.3 Konstrukcja ramy portalowej z ukowych belek aurowych

2.3 Stacja obsugi przy autostradzie, Winchester, Wielka Brytania Belki aurowe s atrakcyjnym rozwizaniem w przypadku budynkw uytecznoci publicznej o duej rozpitoci, takich jak restauracja na stacji obsugi przy autostradzie w Winchester w Wielkiej Brytanii pokazana na rysunku 2.4. W konstrukcji belki aurowe o podwjnej krzywinie i wysokoci 600 mm rozcigaj si na 18 m, przechodzc przez aurowe belki gwne o wysokoci 1,2 m i rozpitoci 20 m umieszczone pomidzy supami z dwuteownikw szerokostopowych. Dodatkowo belki te umoliwiaj rozmieszczenie instalacji technicznej nad obszarem kuchennym.


2 - 18

Rysunek 2.4 Belki aurowe o podwjnej krzywinie i belki gwne

2.4 Hangar konsorcjum Airbus Industrie, Tuluza, Francja Hala produkcyjna konsorcjum Airbus w Tuluzie ma powierzchni 200 000 m2, jej wysoko wynosi 45 m, a rozpito 117 m. Skada si ona z wizarw kratowych o wysokoci 8 m, zbudowanych z dwuteownikw szerokostopowych. Przekroje supw zoonych zapewniaj stateczno konstrukcji dachu. Budynek w trakcie montau pokazano na rysunku 2.5. Drzwi przesuwne zapewniaj otwr o wymiarach 117 m 32 m na szczycie budynku. Zamontowano dwie rwnolege dwignice jezdne, kada o rozpitoci 50 m i udwigu 20 ton.

Rysunek 2.5 Widok hangaru konsorcjum Airbus Industrie w trakcie montau


2 - 19

2.5 Hala przemysowa, Krimpen aan den Ijssel, Holandia Omawiana hala produkcyjna ma 85 m dugoci, 40 szerokoci i 24 m wysokoci. Na szczycie budynku znajduj si drzwi o penej wysokoci, jak pokazano na rysunku 2.6. Konstrukcja dachu skada si z kratownicy skonej. Ze wzgldu na brak stenia w cianach szczytowych, konstrukcj zaprojektowano w taki sposb, aby stateczno zapewniay supy oraz stenia paskie w dachu i cianach bocznych.

Rysunek 2.6 Monta drzwi w budynku firmy Hollandia w miecie

Krimpen aan den Ijssel


2 - 20

2.6 Centrum dystrybucyjne i biuro, Barendrecht, Holandia Omawiane centrum dystrybucyjne jednej z wiodcych sieci supermarketw w Holandii ma powierzchni 26 000 m2 i skada si z tradycyjnej konstrukcji stalowej obejmujcej powierzchni dystrybucyjn oraz z powierzchni biurowej o wysokoci dwch kondygnacji, zawieszonej nad drog dojazdow, jak pokazano na rysunku 2.7. Wspomniany budynek biurowy o dugoci 42 m obejmuje wspornik o dugoci 12 m, ktry opiera si na wewntrznej konstrukcji stalowej wysokiej na dwie kondygnacje i wyposaonej w stenie ukone. Konstrukcja skada si z belek z dwuteownikw szerokostopowych oraz supw ze steniem rurowym.

Zarwno magazyn, jak i budynki biurowe wyposaono w instalacj tryskaczow w celu zmniejszenia ryzyka poaru, a konstrukcj stalow pokryto przeciwogniow powok ochronn, aby moga pozosta nieosonita wewntrz budynku. Temperatura wewntrz magazynu wynosi 2C, a konstrukcja stalowa obiektu biurowego jest izolowana termicznie od czci magazynowej.

Rysunek 2.7 Centrum dystrybucyjne, Barendrecht, Holandia konstrukcja

biura z wspornikiem stonym


2 - 21

3 PROJEKT KONCEPCYJNY RAM PORTALOWYCH

Stalowe ramy portalowe s powszechnie stosowane, poniewa cz efektywno konstrukcyjn z funkcjonalnoci formy. Korzystajc z tej samej koncepcji konstrukcyjnej, mona zaprojektowa rne konfiguracje ram portalowych, jak pokazano na rysunku 3.1.

1 2

43

5

6

1 Dwuspadowa rama portalowa 2 ukowa rama portalowa (belka aurowa) 3 Rama portalowa z biurami wewntrz 4 Rama portalowa z dwignicom 5 Dwuprzsowa rama portalowa 6 Rama portalowa z biurami na zewntrz

Rysunek 3.1 Rne typy ram portalowych


2 - 22

3.1 Rama portalowa z dachem dwuspadowym Jednoprzsowa symetryczna rama portalowa (jak pokazano na rysunku 3.2) ma zwykle nastpujce cechy:

Jej rozpito mieci si w zakresie od 15 m do 50 m (najbardziej efektywna jest rozpito pomidzy 25 m a 35 m).

Wysoko naroa (od podstawy do linii rodkowej rygla) wynosi od 5 m do 10 m (zwykle przyjmuje si 7,5 m). Wysoko naroa zaley od okrelonej wysokoci pomidzy grn powierzchni stropu a spodni czci skosu.

Spadek dachu mieci si w zakresie od 5 do 10 (zwykle przyjmuje si 6). Rozstaw ram wynosi od 5 m do 8 m (wikszy rozstaw stosuje si przy

ramach portalowych o wikszej rozpitoci).

Jako elementy konstrukcyjne stosuje si raczej dwuteowniki ni dwuteowniki szerokostopowe, poniewa musz one przenosi due momenty zginajce i zapewni sztywno w paszczynie.

Zwykle stosuje si ksztatowniki S235 lub S275. W zwizku z tym, e ugicia mog by krytyczne, stal o podwyszonej wytrzymaoci nie ma zwykle zastosowania.

W ryglach stosuje si skosy przy narou, aby zwikszy nono rygli przy zginaniu i uatwi poczenie rubowe ze supem.

Przy wierzchoku stosuje si niewielkie skosy, aby uatwi zastosowanie poczenia rubowego.

13

4

5

6

7

2

1 Naroe 2 Spadek dachu 3 Wierzchoek 4 Rygiel 5 Skos

w poczeniu naronym

6 Skos wierzchoka7 Sup

Rysunek 3.2 Jednoprzsowa symetryczna rama portalowa

Skos w poczeniu naronym wycina si zwykle z ksztatownika walcowanego o tym samym lub nieznacznie wikszym rozmiarze co rygiel, a nastpnie czy metod spawania do spodniej czci rygla. Dugo skosu w poczeniu naronym wynosi zwykle 10% rozpitoci. Oznacza to, e moment zginajcy przy przeginaniu na ostrym kracu skosu jest w przyblieniu rwny maksymalnemu momentowi zginajcemu przy ugiciu bliej wierzchoka, jak pokazano na rysunku 3.3.


2 - 23

3

h

h

1

2

1 Moment na ostrym kracu skosu 2 Maksymalny moment uginajcy 3 Dugo skosu

Rysunek 3.3 Moment zginajcy rygla i dugo skosu

Ramy kocowe ramy portalowej nazywa si zwykle ramami szczytowymi. Ramy szczytowe mog by takie same jak ramy wewntrzne, chocia przenosz lejsze obcienia. Jeli planowana jest rozbudowa obiektu, jako ram szczytowych uywa si ram portalowych, aby zredukowa wpyw prac konstrukcyjnych. Typow ram szczytow pokazano na rysunku 3.4.

4

3 5

1

2

1 Rygiel 2 Sup 3 Drzwi dla personelu 4 Drzwi rolowane 5 ciana cokoowa (mur ceglany)

Rysunek 3.4 Typowe szczegy ramy szczytowej budynku o konstrukcji

portalowej


2 - 24

Ramy szczytowe mog by rwnie wykonane ze supw i krtkich rygli podpartych swobodnie pomidzy supami, jak pokazano na rysunku 3.5. W tym przypadku wymagane jest stenie szczytowe widoczne na rysunku.

Rysunek 3.5 Rama szczytowa (nie jako rama portalowa)

3.2 Stateczno ramy Cigo ramy zapewnia jej stateczno w paszczynie. Stateczno wzdun gwarantuje stenie pionowe w elewacjach. Stenie pionowe moe by zastosowane na obu szczytach budynku lub tylko w jednej nawie. Kada rama jest poczona na poziomie naroa ze steniem pionowym przy pomocy elementu walcowanego na gorco. Typowy ukad ste pokazano na rysunku 3.6.

1

2

2

3

1 Stenie pionowe na szczycie 2 Stenie pionowe na cianach 3 Stenie dachowe

Rysunek 3.6 Typowe stenia w ramie portalowej

Supy szczytowe sigaj od podstawy do rygla, gdzie reakcja przenoszona jest przez stenie umieszczone w paszczynie dachu z powrotem na poziom naroa i przez stenie pionowe do fundamentw.


2 - 25

Jeli nie mona zastosowa stenia ukonego w elewacjach, stateczno wzdun moe zapewni sztywna rama na elewacji, jak pokazano na rysunku 3.7.

1

2

1 Rozprka naroy 2 Sztywna rama

Rysunek 3.7 Sztywna rama jako alternatywa dla stenia pionowego

3.3 Stateczno elementw konstrukcyjnych Stateczno elementw konstrukcyjnych naley sprawdzi, stosujc wyraenia 6.61 i 6.62 z normy EN 1993-1-1. Aby projekt by efektywny ekonomicznie, naley rozway zastosowanie utwierdze rygla i supa. Patwie i szyny boczne mog suy do utwierdzenia pasa, z ktrym s poczone. Jednak gdy nie zastosuje si specjalnych rodkw, patwie i szyny boczne nie zapewniaj utwierdzenia pasa wewntrznego. Utwierdzenie pasa wewntrznego zwykle uzyskuje si przy pomocy ste z patwi i szyn bocznych, jak pokazano na rysunku 3.8. Stenie wykonuje si zazwyczaj z cienkich paskw metalowych zaprojektowanych w taki sposb, aby dziaay na rozciganie, lub te z ktownikw zaprojektowanych na ciskanie, w przypadku gdy stenie moliwe jest tylko z jednej strony.

Jeli stenie pokazane na rysunku 3.8 nie jest dopuszczalne zgodnie z przepisami krajowymi, utwierdzenie mona wykona przy pomocy systemu elementw walcowanych na gorco.

Ta forma stenia jest wymagana wszdzie tam, gdzie pas wewntrzny poddawany jest ciskaniu. Taka sytuacja ma miejsce:

po wewntrznej stronie supa i wewntrznej stronie rygla w rejonie skosu, przy kombinacji obcie grawitacyjnych;

w okolicach wierzchoka rygla, przy kombinacji z wiatrem wznoszcym.


2 - 26

1

2

1 Utwierdzenie pasa wewntrznego

2 Patew lub szyna boczna

Rysunek 3.8 Typowe stenie pasa wewntrznego

Ukad utwierdze pasa wewntrznego jest zwykle podobny do ukadu pokazanego na rysunku 3.9. W niektrych przypadkach utwierdzenie wntrza pasa supa moe by niemoliwe. W takiej sytuacji konieczne moe okaza si zastosowanie supa o wikszym przekroju, ktry zapewni stateczno pomidzy spodni stron skosu i podstaw.

1

1

1 Utwierdzenie pasa wewntrznego rygla i supa

Rysunek 3.9 Oglny ukad utwierdze pasa wewntrznego

We wszystkich przypadkach poczenie lica wewntrznego supa i spodniej strony skosu, jak pokazano na rysunku 3.10, musi by utwierdzone. Utwierdzenie moe mie ksztat pokazany na rysunku 3.8 lub moe by wykonane z ksztatownika walcowanego na gorco przeznaczonego do tego celu.

1

1 Pooenie utwierdzenia

Rysunek 3.10 Utwierdzenia w poczeniu skos/sup


2 - 27

3.4 Projekt wstpny 3.4.1 Ramy gwne

Chocia w celu wykonania efektywnej analizy i projektu ramy portalowej wykorzystuje si oprogramowanie tworzone na zamwienie, projekt wstpny jest prosty. W wikszoci przypadkw zasadne oszacowanie maksymalnych momentw zginajcych mona uzyska, rozpatrujc jedynie obcienia pionowe. Kombinacje oddziaywa, wraz z oddziaywaniami wiatru, musz by sprawdzone w projekcie kocowym, ale mog te mie znaczenie w projekcie wstpnym, jeli oddziaywania wiatru s uciliwe (np. na obszarze nadmorskim lub gdy rama portalowa jest wysoka).

Tabele wymiarw pocztkowych uwzgldniajce jedynie obcienie pionowe podano w rozdziale 8.

Rozwizaniem alternatywnym do korzystania z wymiarw podanych w czci 8 jest obliczenie momentu zginajcego w naroach i w wierzchoku w oparciu o analiz spryst.

L

SM

I

I I

I

f

h

M

W

WL32

E

C

RR

C

2A

/ m

Rysunek 3.11 Szczegy ramy portalowej poczonej przegubowo z podstaw


2 - 28

W przypadku ramy poczonej przegubowo z podstaw, rysunek 3.11, moment zginajcy w naroach ME oraz w wierzchoku MA mona obliczy w nastpujcy sposb:

( )N

mwLM16

532E

+= i E2

A 8MmwLM +=

gdzie:

N = B + mC C = 1 + 2m B = 2(k + 1) + m m = 1 + = hf

sh

IIk

C

R=

Na potrzeby projektu wstpnego mona przyj, e IC = 1,5 IR Uwzgldniajc momenty zginajce w ramie, rygiel naley dobra tak, aby warto momentu przy zginaniu przekraczaa zarwno moment na ostrym kracu skosu, jak i maksymalny moment uginajcy (o wartoci nieznacznie wikszej ni moment przy wierzchoku).

3.4.2 Supy szczytowe Supy szczytowe projektuje si zwykle jako swobodnie podparte od podstawy do rygla. Gwnym obcieniem s oddziaywania wiatru. Wpyw na obcienie supa szczytowego ma take cinienie wewntrzne lub sia ssca. Krytycznym przypadkiem obliczeniowym jest czsto wystpowanie cinienia wewntrz i siy sscej na zewntrz budynku, gdy pas wewntrzny supka ciany szczytowej jest nieutwierdzony. Jeli przepisy krajowe na to zezwalaj, pas wewntrzny moe by utwierdzony przez szyn blachy okadzinowej, aby zwikszy nono przy wyboczeniu.

3.4.3 Stenie Na etapie projektu wstpnego wygodnie jest wyliczy cakowite obcienie wzdune konstrukcji. T si cinajc naley przyj jako skadnik poziomy obcienia przenoszonego przez stenie pionowe. Najbardziej obcionym steniem dachowym jest element znajdujcy si najbliej naroa. Wzduny element naroa przenosi obcienie ze stenia dachowego na stenie pionowe. Elementami stajcymi mog by ksztatowniki zamknite, ktowniki lub paska blacha stalowa. Przyjmuje si, e paska blacha stalowa jest odporna jedynie siy rozcigajce.


2 - 29

3.5 Poczenia 3.5.1 Poczenie narone

Typowe poczenie narone pokazano na rysunku 3.12. Niemal we wszystkich przypadkach wymagane jest umieszczenie w supie ciskanego elementu usztywniajcego (w dolnej czci skosu jak wida na rysunku). Inne elementy usztywniajce mog by wymagane w celu zwikszenia nonoci przy zginaniu pasa supa (w ssiedztwie rub napinajcych), a take zwikszenia nonoci przy cinaniu pyty rodnikowej supa. Skos wykonywany jest zwykle z belki o rozmiarze podobnym do rozmiaru rygla (lub wikszym) bd z odpowiadajcej jej blachy. Zwykle mona stosowa ruby M24 8.8 oraz blach doczoow S275 o gruboci 25 mm.

2

1

1 Skos 2 ciskany element usztywniajcy

Rysunek 3.12 Typowe poczenie narone

3.5.2 Poczenie wierzchokowe Typowe poczenie wierzchokowe pokazano na rysunku 3.13. Poczenie wierzchokowe suy przede wszystkim do zwikszenia wysokoci elementu, tak aby powstao odpowiednie poczenie rubowe. Skos wierzchoka wykonuje si zazwyczaj z tego samego elementu, z ktrego zrobiony jest rygiel, lub z odpowiadajcej mu blachy. Zwykle mona stosowa ruby M24 8.8 oraz blach doczoow S275 o gruboci 25 mm.

Rysunek 3.13 Typowe poczenie wierzchokowe


2 - 30

3.5.3 Podstawy Typow podstaw poczon przegubowo pokazano na rysunku 3.14. Blacha doczoowa ma zwykle grubo co najmniej tak jak pas supa. Wikszo instytucji przyjmuje, e nawet przy czterech rubach mocujcych, jak pokazano na rysunku 3.14, podstawa jest wci poczona przegubowo. Rozwizaniem alternatywnym jest zastosowanie tylko dwch rub mocujcych na osi supa, jednak moe to utrudni monta konstrukcji stalowej.

Supy umieszcza si zwykle na kilku stalowych przekadkach, aby konstrukcja stalowa znajdowaa si na odpowiednim poziomie, a szczelin pomidzy fundamentami a konstrukcj wypenia si zapraw cementow. Due podstawy naley wyposay w otwr wentylacyjny, aby uatwi cakowit cementacj.

ruby mocujce s zwykle wbudowane w fundamenty. Pozostawia si jednak pewn swobod ruchu poprzecznego (rury lub stoki), tak aby mona byo precyzyjnie wyrwna konstrukcj stalow. Otwory w blasze podstawy s zwykle o 6 mm wiksze ni rednica ruby, aby uatwi wyrwnanie poprzeczne.

~

5

4

3

2

1

1 ruby mocujce 2 Blacha podstawy 3 Zaprawa 4 Rura (lub stoek) 5 Pyta kotwica

Rysunek 3.14 Szczeg typowej podstawy ramy portalowej


2 - 31

3.5.4 Poczenia stenia Siy dziaajce w steniu ramy portalowej s zwykle niewielkie. Typowe poczenia pokazano na rysunku 3.15. Jeli jest to moliwe, blachy wzowe powinny by podparte na dwch krawdziach.

Rysunek 3.15 Typowe poczenie stenia

3.6 Inne typy ram portalowych Cechy charakterystyczne konwencjonalnej ramy portalowej opisano w punktach od 3.1 do 3.5. Podstawow koncepcj konstrukcyjn mona modyfikowa na wiele sposobw w celu uzyskania najbardziej opacalnego rozwizania, jak pokazano poniej.

3.6.1 Rama portalowa ze stropem midzykondygnacyjnym

1

1 Antresola

Rysunek 3.16 Rama portalowa z wewntrznym stropem

midzykondygnacyjnym


2 - 32

Powierzchni biurow w konstrukcji z ram portalow uzyskuje si czsto przez zastosowanie stropu midzykondygnacyjnego (jak pokazano na rysunku 3.17). Strop midzykondygnacyjny moe mie pen szeroko konstrukcji lub jej cz. Moe by zaprojektowany taki sposb, aby zapewnia stateczno ramy. Strop wewntrzny przestrzeni biurowej wymaga czsto ochrony przeciwpoarowej.

Rysunek 3.17 Rama portalowa ze stropem porednim

3.6.2 Rama portalowa z zewntrzn antresol

1

1 Antresola

Rysunek 3.18 Rama portalowa z zewntrzn antresol

Biura mog si znajdowa po zewntrznej stronie ramy portalowej, w wyniku czego powstaje asymetryczna konstrukcja portalowa (jak pokazano na rysunku 3.18). Gwn zalet takiego ukadu jest to, e przestrze biurowa nie jest ograniczona przez due supy i skosy. Stateczno tej dodatkowej konstrukcji zaley na og od statecznoci ramy portalowej (elementy konstrukcyjne s czsto poczone nominalnie przegubowo z ram gwn), a elementy mog by stosunkowo lekkie.


2 - 33

3.6.3 Rama portalowa z suwnic

Rysunek 3.19 Rama portalowa z suwnic ze wspornikami supowymi

W przypadku suwnic o stosunkowo niewielkim udwigu (do okoo 20 ton) do podparcia belki i szyny suwnicy mona wykorzysta ramy portalowe, jak pokazano na rysunku 3.19. Przesunicie ramy w kierunku zewntrznym (rozchodzenie si ramy) na poziomie szyny suwnicy moe mie istotne znaczenie. Aby zapobiec tego typu rozchodzeniu, konieczne moe by zastosowanie poziomego cigu lub utwierdzonych podstaw supw.

W przypadku duych suwnic odpowiednia bdzie konstrukcja z wizarem dachowym (patrz rozdzia 4), przy ktrej rozchodzenie si supw jest ograniczone do minimum. Przy duych obcieniach naley stosowa supy zoone, jak opisano w rozdziale 6. Projekt wykonawczy zawiera omwienie zarwno projektu kratownic[3], jak i supw zoonych[4].

3.6.4 Rama portalowa ze cigiem

1

2

1 cig 2 Wieszaki (wymagane przy duych rozpitociach)

Rysunek 3.20 Rama portalowa ze cigiem

W przypadku ramy portalowej ze cigiem, jak pokazano na rysunku 3.20, rozchodzenie si naroa i momenty zginajce w ramie s znacznie zmniejszone. W ryglach zaczn dziaa due siy ciskajce, co zmniejsza stateczno elementw konstrukcyjnych. Do projektowania portali ze cigiem wymagane jest oprogramowanie do oblicze drugiego rzdu.


2 - 34

3.6.5 Mansardowe lub ukowe ramy portalowe

Rysunek 3.21 Mansardowa rama portalowa

Mansardowa rama portalowa skada si z szeregu rygli i skosw, jak pokazano na rysunku 3.21, ktre tworz ram pseudoukow. Poczenia pomidzy elementami mog by rwnie wyposaone w niewielkie skosy uatwiajce zastosowanie pocze rubowych.

Ramy portalowe z rygli ukowych pokazane na rysunku 3.22 s czsto stosowanym rozwizaniem architektonicznym. Rygiel mona wygi do uzyskania okrelonego promienia, stosujc zginanie na zimno. W przypadku rozpitoci wikszych ni okoo 18 m, ze wzgldu na ograniczenia dotyczce transportu, moe by konieczne zastosowanie stykw w ryglu.


2 - 35

Rozwizaniem alternatywnym jest wykonanie zewntrznego dachu ukowego przez zrnicowanie dugoci wspornikw patwi podpartych na ryglu zoonym z szeregu elementw prostych, jak pokazano na rysunku 3.23.

Rysunek 3.22 Belki ukowe zastosowane w ramie portalowej

Rysunek 3.23 Pozornie ukowa rama portalowa


2 - 36

3.6.6 Wielonawowa rama portalowa Wielonawowe ramy portalowe mona projektowa, stosujc supy porednie, jak pokazano na rysunku 3.24. Gdy wymagane jest ograniczenie liczby supw wewntrznych, mona usun co drugi sup wewntrzny lub pozostawi tylko jeden sup wewntrzny w co trzeciej ramie. W miejscu, w ktrym usunito sup wewntrzny, projektuje si wysok belk (zwan czsto belk koszow) czc pozostae supy. Cigo rygli uzyskuje si, stosujc poczenie skosowe z belk koszow, jak pokazano na rysunku 3.25.

Rysunek 3.24 Wielonawowa rama portalowa

12

1 Belka koszowa 2 Rygiel

Rysunek 3.25 Poczenie z belk koszow


2 - 37

4 PROJEKT KONCEPCYJNY KONSTRUKCJI KRATOWNICOWYCH

4.1 Wprowadzenie Istnieje wiele form kratownic. Niektre z typw kratownic stosowanych powszechnie w budynkach jednokondygnacyjnych pokazano na rysunku 4.1.

Kratownice stosuje si w przypadku duych rozpitoci, a szczeglnie wtedy, gdy konstrukcja dachu musi przenosi due obcienia, wwczas ugicie pionowe mona kontrolowa, stosujce rne wymiary elementw konstrukcyjnych.

W przypadku budynkw przemysowych stosuje si zwykle kratownice typu W, typu N oraz kratownice dwuspadowe. Przy mniejszych rozpitociach wykorzystywane s kratownice typu fink. Porwnujc kratownice typu W i typu N:

kratownica typu W ma wicej wolnej przestrzeni pomidzy elementami wewntrznymi,

elementy wewntrzne kratownicy typu W mog by wiksze, poniewa dugi element ukony musi przenosi obcienia ciskajce elementy ciskane w kratownicy typu N s krtkie.


2 - 38

1 2

3 4

5 1 Kratownica typu W 2 Kratownica typu N 3 Kratownica dwuspadowa 4 Kratownica typu fink 5 Kratownica ukowa

Rysunek 4.1 Rne formy wizarw kratowych stosowane

w budynkach przemysowych


2 - 39

4.2 Elementy kratownicy Jeeli nie ma szczeglnych wymaga architektonicznych, proste poczenie pomidzy pasami a elementami wewntrznymi wykonuje si przy pomocy elementw kratownicy. Powszechnie stosowanymi kombinacjami, jak pokazano na rysunku 4.2, s:

Teowniki stosowane jako pasy kratownicy z ktownikami stosowanymi jako elementy usztywniajce. Ktowniki mog by przyspawane lub przykrcone za pomoc rub do trzonu teownika.

Podwjne ktowniki jako pasy kratownicy i pojedyncze (lub podwjne) ktowniki jako elementy wewntrzne. Poczenia wykonuje si przy uyciu blachy wzowej przyspawanej pomidzy ktownikami tworzcymi pasy kratownicy.

Ksztatowniki walcowane stosowane jako pasy kratownicy ze rodnikiem w paszczynie kratownicy. Elementami wewntrznymi s zwykle ktowniki poczone przez blach wzow przyspawan do pasa kratownicy.

Ksztatowniki walcowane stosowane jako pasy kratownicy, lecz ze rodnikiem prostopadym do paszczyzny kratownicy. Poczenia z elementami pasa kratownicy mog by wykonane przy uyciu blach wzowych przyspawanych do rodnika, chocia ten typ pocze wymaga dokadnego uszczegowienia. Prost i skuteczn alternatyw jest wybr pasw kratownicy o tej samej wysokoci cakowitej i poczenie elementw wewntrznych do zewntrznej strony obu pasw zwykle za pomoc spawania.

W przypadku kratownic przenoszcych due obcienia jako elementw wewntrznych mona uy walcowanych dwuteownikw lub dwuteownikw szerokostopowych bd ceownikw. W przypadku tak duych kratownic bardzo istotne jest, aby poczenia byy jak najbardziej wydajne, zatem wybr zarwno prtw, jak i elementw wewntrznych powinien by podyktowany tym wanie wzgldem.

Projekt wykonawczy kratownic omwiono w dokumencie Jednokondygnacyjne konstrukcje stalowe. Cz 5: Projekt wykonawczy kratownic3.


2 - 40

1

2

3

4

3

3

1 Teownik 2 Ktowniki 3 Blacha wzowa 4 Pas kratownicy zbudowany z podwjnego ktownika

Rysunek 4.2 Typowe elementy kratownicy


2 - 41

Kratownic wykonan z ksztatownikw walcowanych pokazano na rysunku 4.3.

Rysunek 4.3 Kratownica wykonana z ksztatownikw walcowanych

4.3 Stateczno ramy W wikszoci przypadkw stateczno ramy zapewniaj stenia w obu kierunkach ortogonalnych, przy czym kratownica jest po prostu poczona przegubowo ze supami podpierajcymi. Przy wykonywaniu poczenia przegubowego jeden z elementw pasa kratownicy staje si zbdny, jak pokazano na rysunku 4.4, w zwizku z czym mona pozwoli na to, aby jego poczenie ze supem zostao przesunite w kierunku osi pasa kratownicy.

1

1 Element zbdny

Rysunek 4.4 Element zbdny w kratownicy swobodnie podpartej

Stateczno wzdun zapewnia zwykle stenie pionowe.


2 - 42

4.4 Projekt wstpny Na etapie projektu wstpnego zaleca si nastpujc procedur:

1. Ustali obcienie kratownicy. Patrz punkt 1.4.1. Na etapie projektu wstpnego wystarczy przeliczy wszystkie obcienia, cznie z ciarem wasnym, na obcienia skupione przyoone w wzach i przyj, e caa kratownica jest poczona przegubowo. To zaoenie stosuje si na og rwnie do projektu kocowego. Ewentualnie mona przyj, e obcienia dachowe przyoone s w miejscu patwi, a pasy kratownicy s cige ponad elementami wewntrznymi poczonymi przegubowo, jednak ze wzgldu na dokadno rozwizanie to rzadko znajduje zastosowanie.

2. Okreli wysoko kratownicy i rozmieszczenie elementw wewntrznych. Typowa rozpito: wspczynnik wysokoci wynosi w przyblieniu 20 zarwno w przypadku kratownic typu W, jak i typu N. Elementy wewntrzne maj najwiksz wydajno pomidzy 40 a 50.

3. Okreli siy dziaajce w pasach kratownicy i elementach wewntrznych, przyjmujc, e caa kratownica jest poczona przegubowo. Mona to zrobi przy uyciu oprogramowania lub rcznie, stosujc proste metody obliczania si w poczeniach bd korzystajc z momentw w okolicy przegubu, jak pokazano na rysunku 4.5.

d

d

d

p

p

p

V

V

V

V

L

L

L

L

x

x

Obliczanie si w poczeniach

VL

A B C

DC

1p

Wykorzystanie momentw w okolicy wza D do okrelenia siy CB

Rysunek 4.5 Obliczanie si w kratownicy z poczeniami przegubowymi


2 - 43

Bardzo prostym podejciem jest obliczenie maksymalnego momentu zginajcego w kratownicy przyjmujc, e zachowuje si ona jak belka, a nastpnie podzielenie tego momentu przez odlego pomidzy pasami kratownicy, tak aby wyznaczy si osiow dziaajc w pasie kratownicy.

4. Wybra ciskany element pasa kratownicy. Nono na wyboczenie okrela si na podstawie odlegoci pomidzy punktami wzowymi przy wyboczeniu w paszczynie. Wyboczenie z paszczyzny zaley od odlegoci pomidzy utwierdzeniami ograniczajcymi takie wyboczenie zwykle patwiami dachowymi lub innymi elementami.

5. Wybra rozcigany element pasa kratownicy. Krytycznym przypadkiem obliczeniowym moe by unoszenie, gdy dolny pas kratownicy poddany jest ciskaniu. Wyboczenie z paszczyzny moe czsto by krytyczne. Na og stosuje si specjalny system ste na poziomie dolnego pasa kratownicy, aby zapewni utwierdzenie w kombinacji zakadajcej odwrcenie kierunku obcienia. To dodatkowe stenie nie jest stosowane w kadym wle kratownicy, lecz tylko tam, gdzie jest to wymagane, aby wyrwna nono przy rozciganiu z nonoci przy ciskaniu.

6. Wybra elementy wewntrzne, dbajc przy tym, aby poczenia nie byy skomplikowane.

7. Sprawdzi ugicia kratownicy.

4.5 Kratownice ze sztywn ram Konstrukcje opisane w punktach 4.1 i 4.4 s stateczne w kadym kierunku ortogonalnym dziki steniom. Ramy mog by stateczne rwnie w paszczynie przez zapewnienie cigoci kratownicy ze supami. Oba pasy kratownicy s przytwierdzone do supw (tj. brak pocze przesuwnych). Poczenia wewntrz kratownicy oraz ze supami mog by poczeniami przegubowymi. Rama jest wwczas podobna do ramy portalowej. W przypadku tego typu ramy analiz przeprowadza si zwykle przy uyciu oprogramowania. Naley zwrci szczegln uwag na projekt supw, poniewa dugo wyboczeniowa w paszczynie jest zwykle znacznie wiksza ni rzeczywista dugo elementu.


2 - 44

4.6 Poczenia Kratownice s poczone z elementami pasa przy uyciu rub lub metod spawania, bezporednio do pasa lub przez blachy wzowe, jak pokazano na rysunku 4.6.

3

Rysunek 4.6 Poczenia kratownic

Kratownice s na og prefabrykowane w zakadzie produkcyjnym, natomiast wykonanie stykw moe by wymagane na placu budowy. Na miejscu budowy wymagane jest nie tylko wykonanie stykw w pasach kratownic, ale rwnie poczenia w miejscu styku elementu wewntrznego. Styki mog by przedstawione z nakadkami lub jako poczenia typu blacha doczoowa, jak pokazano na rysunku 4.7.

Rysunek 4.7 Szczegy styku

Zastosowanie zwykych rub (niespranych) w lunych otworach moe spowodowa nieznaczne przesunicie w poczeniu. Jeli tego rodzaju przesunicie wystpuje w wielu poczeniach, ugicie kratownicy moe by wiksze ni wynika to z oblicze. Jeli ugicie jest czynnikiem krytycznym, naley zastosowa ruby sprajce lub poczenia spawane.


2 - 45

5 KONSTRUKCJE Z BELEK SWOBODNIE PODPARTYCH

W przypadku niewielkich rozpitoci (do okoo 20 m) mona zastosowa konstrukcj zoon z belek swobodnie podpartych i supw, jak pokazano na rysunku 5.1. Belka dachowa to pojedynczy ksztatownik walcowany, poczony ze supami przy pomocy pocze nominalnie przegubowych. Belka dachowa moe by prosta, wstpnie wygita, perforowana lub ukowa. Dach moe by paski lub, czciej, o niewielkim spadku w celu uatwienia odpywu wody. Aby zapobiec powstawaniu zastoisk wody na dachu, naley zastosowa spadek dachu lub belk wstpnie wygit.

Rysunek 5.1 Konstrukcja z belek swobodnie podpartych i supw

Stateczno ramy tego typu konstrukcji w kadym kierunku ortogonalnym zapewniaj stenia. Belk zaprojektowano jako swobodnie podpart, a supy jako rozprki proste, z momentem nominalnym przyoonym przez poczenie belki. Powszechnie przyjmuje si, e sia cinajca z belki przyoona jest w odlegoci 100 mm od lica supa.


2 - 46

6 SUPY ZOONE

Supy przenoszce due obcienia lub supy w wysokich budynkach przemysowych mog by zbudowane z ksztatownikw zoonych. Supy zoone czsto skadaj si z ksztatownikw HE lub UPE, w ktrych przewizki (paskowniki) lub kratowanie (zazwyczaj ktowniki) s przyspawane w poprzek pasw, jak pokazano na rysunku 6.1.

Supy zoone nie s stosowane w ramach portalowych, ale czsto znajduj zastosowanie w budynkach poddanych obcieniom od cikich dwignic. Konstrukcj dachu mog tworzy rygle dwuspadowe, jednak czciej stosuje si kratownice, jak pokazano na rysunku 1.4.

Rysunek 6.1 Przekroje poprzeczne supw zoonych

W celu zapewnienia podparcia dachu ponad poziomem suwnicy, pojedynczy element moe wystawa na dugoci kilku metrw. Ten typ supa zwany jest czsto bagnetowym (bayonet). Wystajcy element moe by kontynuacj jednego z dwch ksztatownikw gwnych elementu zoonego lub te osobnym ksztatownikiem umieszczonym centralnie w stosunku do ksztatownika zoonego. Przykady supw zoonych pokazano na rysunku 6.2. Budynki, w ktrych stosuje si supy zoone stale przenosz due obcienia i czsto poddane s obcieniom ruchomym zwizanym z prac suwnic. Tego typu budynki s wyposaone w du ilo ste w dwch kierunkach ortogonalnych.


2 - 47

Projekt wykonawczy slupw zoonych omwiono w dokumencie Jednokondygnacyjne konstrukcje stalowe. Cz 6: Projekt wykonawczy supw zoonych4 niniejszego przewodnika.

Rysunek 6.2 Przykady supw zoonych w budynkach jednokondygnacyjnych

Sup kratowany Sup z przewizkami Sup z belk podsuwnicow


2 - 48

7 OKADZINY

Istnieje wiele oglnych rodzajw okadzin, ktre mona stosowa w budynkach jednokondygnacyjnych w zalenoci od ich przeznaczenia. Nale one do czterech obszernych kategorii, ktre opisano w poniszych punktach.

7.1 Pojedynczy arkusz blachy trapezowej Poszycie w postaci pojedynczych arkuszy blachy profilowanej jest szeroko stosowane w konstrukcjach rolniczych i przemysowych nie wymagajcych izolacji termicznej. Mona je zwykle stosowa na dachach o spadku wynoszcym zaledwie 4, pod warunkiem, e zastosuje si zakady i szczeliwa zalecane przez producentw w przypadku niewielkich spadkw. Arkusze blachy mocowane s bezporednio do patwi i szyn bocznych, jak pokazano na rysunku 7.1, i zapewniaj odpowiednie utwierdzenie. W niektrych przypadkach izolacja zawieszona jest bezporednio pod arkuszami poszycia.

Rysunek 7.1 Pojedynczy arkusz blachy trapezowej

7.2 System poszycia podwjnego W dachowych systemach poszycia podwjnego lub wielowarstwowego stosuje si zwykle stalow kaset wzdun mocowan do patwi, nastpnie system elementw dystansowych (plastikowa tuleja i element dystansowy lub szyna i wspornik dystansowy), izolacj i poszycie zewntrzne z blachy profilowanej. Poniewa poczenie pomidzy poszyciem zewntrznym a wewntrznym moe nie by wystarczajco sztywne, naley wybra odpowiedni kaset wzdun i mocowania, ktre same zapewni wymagany poziom utwierdzenia patwi. Tego typu konstrukcj z plastikowymi tulejami przedstawiono na rysunku 7.2.

Wraz ze wzrostem wysokoci izolacji zaczto skania si ku rozwizaniom wykorzystujcym szyny i wsporniki, ktre zapewniaj wiksze utwierdzenie boczne patwi. System ten przedstawiono na rysunku 7.3.


2 - 49

Przy odpowiednim uszczelnieniu pocze kasety wzdune mona zastosowa jako elementy tworzce szczeln powietrznie barier. Innym rozwizaniem jest wykorzystanie nieprzepuszczalnej membrany umieszczonej na kasecie wzdunej.

24

3

1

5

1 Pokrycie zewntrzne 2 Element dystansowy typu Z 3 Izolacja 4 Kaseta wzduna (arkusz wewntrzny) 5 Plastikowa tuleja

Rysunek 7.2 Konstrukcja podwjna z plastikow tulej i elementami

dystansowymi typu Z

4

2

3

5

1

1 Pokrycie zewntrzne 2 Izolacja 3 Szyna 4 Kaseta wzduna (arkusz wewntrzny) 5 Wspornik

Rysunek 7.3 Konstrukcja podwjna z szyn i wspornikami dystansowymi


2 - 50

7.3 Pokrycie czone na rbek stojcy Pokrycie czone na rbek stojcy jest wyposaone w kryte elementy zczne i moe by mocowane na dugociach do 30 m. Zalet tego rozwizania jest brak otworw w pokryciu, przez ktre mogaby przedostawa si woda, a take szybki monta pokrycia dachowego. Mocowania maj ksztat zaciskw, ktre przytrzymuj pokrycie, pozwalajc mu jednoczenie przesuwa si w kierunku poziomym (patrz rysunek 7.4). Wad tego systemu jest zmniejszenie utwierdzenia patwi w porwnaniu z konwencjonalnym systemem mocowania. Niemniej prawidowo umocowana kaseta wzduna powinna zapewni odpowiednie utwierdzenie.

3

1

2

1 Pokrycie zewntrzne 2 Izolacja 3 Zacisk w poczeniu na rbek stojcy

Rysunek 7.4 Panele czone na rbek stojcy z kasetami wzdunymi

7.4 Panele kompozytowe lub warstwowe Panele kompozytowe lub warstwowe uzyskuje si umieszczajc warstw izolacji piankowej pomidzy zewntrzn a wewntrzn warstw pokrycia. Panele kompozytowe maj dobre waciwoci przesklepiajce dziki zoonemu oddziaywaniu rdzenia z blachami stalowymi. Dostpne s system czenia na rbek stojcy (patrz rysunku 7.4) i system czenia bezporedniego. Zapewniaj one due zrnicowanie poziomw utwierdze patwi. Dodatkowe informacje mona uzyska u producentw.


2 - 51

7.5 Projektowanie cian z uwagi na warunki poarowe Zgodnie z wymaganiami wikszoci krajowych przepisw budowlanych ciana konstrukcji znajdujca si w pobliu granicy dziaki budowlanej musi by zaprojektowana w taki sposb, aby zapobiega rozprzestrzenianiu si ognia na ssiedni nieruchomo. Badania ogniowe wykazay, e mona w tym celu stosowa wiele typw paneli, pod warunkiem, e pozostan one przytwierdzone do konstrukcji. Dodatkowe wskazwki mona uzyska u producentw.

Niektrzy producenci wykonuj otwory szczelinowe w poczeniach szyn bocznych, uwzgldniajc w ten sposb rozszerzalno ciepln. Aby si upewni, e takie dziaanie prowadzce do niwelacji utwierdzenia w warunkach normalnych nie ma negatywnego wpywu na stateczno supa, na otwory szczelinowe nakadane s podkadki z materiau, ktry topi si w wysokiej temperaturze. Dziki temu szyna boczna moe przesuwa si wzgldem supa jedynie w warunkach poaru. Szczegy dotyczce tego typu systemu przedstawiono na rysunku 7.5.

3

1

2

1 Szyna boczna 2 Otwr szczelinowy uwzgldniajcy rozszerzalno ciepln 3 cznik

Rysunek 7.5 Szczegy typowej ciany ogniowej z uwzgldnieniem

otworw szczelinowych kompensujcych rozszerzalno ciepln w warunkach poaru


2 - 52

8 PROJEKT WSTPNY RAM PORTALOWYCH

8.1 Wprowadzenie Na etapie projektu wstpnego mona zastosowa nastpujce metody okrelenia wymiarw supw i rygli jednoprzsowych ram portalowych. Dalsze obliczenia szczegowe bd wymagane na etapie projektu kocowego. Naley pamita, e metoda ta nie uwzgldnia:

wymaga dotyczcych oglnej statecznoci, ugi w stanie granicznym uytkowalnoci.

8.2 Szacunkowe okrelanie wymiarw elementw Wskazwki dotyczce ram portalowych odnosz si do zakresu rozpitoci pomidzy 15 a 40 m i zostay przedstawione w tabeli 8.1. Do opracowania poniszej tabeli przyjto nastpujce zaoenia:

Spadek dachu wynosi 6. Gatunek stali to S235. Jeli projekt zaley od warunkw uytkowalnoci,

zastosowanie mniejszych ksztatownikw ze stali wyszego gatunku moe nie by zalecane. Kiedy ugicia nie s problemem, na przykad przy konstrukcjach cakowicie oboonych okadzin metalow, mona zastosowa wysze gatunki stali.

Obcienie rygla to cakowite obliczeniowe oddziaywania stae (cznie z ciarem wasnym) oraz obliczeniowe oddziaywania zmienne, a jego zakres wynosi od 8 do 16 kN/m.

Ramy rozmieszczono w odlegoci od 5 do 7,5 m. Dugo skosu to 10% rozpitoci ramy. Sup uznany jest za utwierdzony, gdy na jego dugoci zapewnione s

utwierdzenia ograniczajce skrcanie (supy te s zatem lejsze ni odpowiadajce im supy nieutwierdzone).

Sup uznaje si za nieutwierdzony, gdy nie mona utwierdzi jego pasa wewntrznego.

Wymiary elementw konstrukcyjnych podane w tabelach s odpowiednie do szybkiego projektu wstpnego. Jednak gdy okrelono rygorystyczne wartoci graniczne ugicia, moe by konieczne zwikszenie wymiarw elementw konstrukcyjnych.

W kadym przypadku naley wykona peny projekt i sprawdzi elementy zgodnie z norm EN 1993-1-1.

2 -53

Cz 2: P

rojekt koncepcyjny

Tabela 8.1 Wymiary elementw jednoprzsowej ramy portalowej z dachem o spadku 6

Obcienie rygla

(kN/m)

Wysoko naroa

(m)

Rozpito ramy (m)

15 20 25 30 35 40

Rygiel 8 8 8

6 8

10

IPE 240 IPE 240 IPE 240

IPE 330 IPE 330 IPE 330

IPE 360 IPE 360 IPE 360

IPE 400 IPE 400 IPE 400

IPE 450 IPE 450 IPE 450

IPE 450 IPE 450 IPE 450

Utwierdzony sup

8 8 8

6 8

10

IPE 300 IPE 300 IPE 300

IPE 360 IPE 360 IPE 400

IPE 450 IPE 450 IPE 450

IPE 550 IPE 550 IPE 550

IPE 550 IPE 600 IPE 600

IPE 600 IPE 600

IPE 750 137

Nieutwier-dzony sup

8 8 8

6 8

10

IPE 360 IPE 450 IPE 450

IPE 450 IPE 550 IPE 550

IPE 550 IPE 600 IPE 600

IPE 550 IPE 600

IPE 750 137

IPE 0 600 IPE 750 137 IPE 750 173

IPE 750 137 IPE 750 173

HE 800

Rygiel 10 10 10

6 8

10

IPE 270 IPE 270 IPE 270

IPE 330 IPE 330 IPE 360

IPE 400 IPE 400 IPE 400

IPE 450 IPE 450 IPE 450

IPE 0 450 IPE 0 450 IPE 0 450

IPE 550 IPE 550 IPE 550

Utwierdzony sup

10 10 10

6 8

10

IPE 360 IPE 360 IPE 360

IPE 450 IPE 450 IPE 450

IPE 450 IPE 550 IPE 550

IPE 550 IPE 550 IPE 600

IPE 600 IPE 600 IPE 600

IPE 750 137 IPE 750 137 IPE 750 173

Nieutwier-dzony sup

10 10 10

6 8

10

IPE 400 IPE 450 IPE 450

IPE 450 IPE 550 IPE 600

IPE 550 IPE 600

IPE 750 137

IPE 600 IPE 750 137 IPE 750 173

IPE 750 137 IPE 750 173

HE 800

IPE 750 137 HE 800 HE 800

Rygiel 12 12 12

6 8

10

IPE 270 IPE 270 IPE 270

IPE 360 IPE 360 IPE 60

IPE 400 IPE 400 IPE 400

IPE 450 IPE 450 IPE 450

IPE 550 IPE 550 IPE 550

IPE 550 IPE 550 IPE 600

2 -54

Cz 2: P

rojekt koncepcyjny

Tabela 8.1 (Cig dalszy) Jednoprzsowa rama portalowa z dachem o spadku 6

Obcienie

rygla (kN/m)

Wysoko naroa

(m)

Rozpito ramy (m)

15 20 25 30 35 40

Utwierdzony sup

12 12 12

6 8

10

IPE 360 IPE 360 IPE 360

IPE 450 IPE 450 IPE 450

IPE 550 IPE 550 IPE 550

IPE 600 IPE 600 IPE 600

IPE 750 137 IPE 750 137 IPE 750 137

IPE 750 173 IPE 750 173 IPE 750 173

Nieutwier-dzony sup

12 12 12

6 8

10

IPE 450 IPE 450 IPE 550

IPE 550 IPE 600 IPE 600

IPE 600 IPE 600

IPE 750 173

IPE 600 IPE 750 173

HE 800

IPE 750 137 HE 800 HE 800

IPE 750 173 HE 800 HE 900

Rygiel 14 14 14

6 8

10

IPE 330 IPE 330 IPE 330

IPE 400 IPE 400 IPE 400

IPE 450 IPE 450 IPE 450

IPE 450 IPE 450 IPE 450

IPE 550 IPE 550 IPE 550

IPE 600 IPE 600 IPE 600

Utwierdzony sup

14 14 14

6 8

10

IPE 360 IPE 400 IPE 400

IPE 450 IPE 450 IPE 450

IPE 550 IPE 550 IPE 600

IPE 600 IPE 600

IPE 750 137

IPE 750 173 IPE 750 173 IPE 750 173

IPE 750 173 HE 800 HE 800

Nieutwier-dzony sup

14 14 14

6 8

10

IPE 450 IPE 550 IPE 550

IPE 550 IPE 600

IPE 750 137

IPE 600 IPE 750 137 IPE 750 173

IPE 750 137 IPE 750 173

HE 800

IPE 750 173 HE 800 HE 800

HE 800 HE 800 HE 900

Rygiel 16 16 16

6 8

10

IPE 330 IPE 330 IPE 330

IPE 400 IPE 400 IPE 400

IPE 450 IPE 450 IPE 450

IPE 550 IPE 550 IPE 50

IPE 550 IPE 600 IPE 600

IPE 600 IPE 600 IPE 600

Utwierdzony sup

16 16 16

6 8

10

IPE 400 IPE 400 IPE 450

IPE 550 IPE 550 IPE 550

IPE 600 IPE 600 IPE 600

IPE 750 137 IPE 750 137 IPE 750 137

IPE 750 173 IPE 750 173

HE 800

HE 800 HE 800 HE 800

Nieutwier-dzony sup

16 16 16

6 8

10

IPE 450 IPE 550 IPE 600

IPE 550 IPE 600

IPE 750 137

IPE 600 IPE 750 173

HE 800

IPE 750 137 HE 800 HE 800

IPE 750 173 HE 800 HE 900

HE 800 HE 900 HE 900


2 - 55

LITERATURA 1 SANSOM, M. i MEIJER, J.

Life-cycle assessment (LCA) for steel construction Komisja Europejska, 2002

2 Stosuje si szereg metod oceny. Na przykad: BREEAM w Wielkiej Brytanii HQE we Francji DNGB w Niemczech BREEAM-NL, Greencalc+ oraz BPR Gebouw w Holandii Valideo w Belgii Casa Clima w Trydencie-Grnej Adydze we Woszech (w kadym regionie

wykorzystuje si wasn metod) LEED, stosowana w rnych krajach

3 Konstrukcje stalowe w Europie Jednokondygnacyjne konstrukcje stalowe. Cz 5: Projekt kratownic

4 Konstrukcje stalowe w Europie Jednokondygnacyjne konstrukcje stalowe. Cz 6: Projekt supw zoonych

1 WPROWADZENIE1.1 Hierarchia decyzji projektowych 1.2 Projekt architektoniczny1.2.1 Forma budynkuProsta belka dachowa podparta na supach Rama portalowaKratowniceInne formy konstrukcji

1.3 Wybr typu budynku1.3.1 Typy okadzinPokrycie dachoweciany

1.4 Wymagania projektowe1.4.1 OddziaywaniaOddziaywania staeOddziaywania zmienne

1.4.2 Wpyw temperatury1.4.3 Izolacyjno termiczna i szczelno powietrzna1.4.4 Ognioodporno

1.5 Zrwnowaony rozwjKryteria rodowiskoweKryteria ekonomiczneKryteria spoeczneKonstrukcje jednokondygnacyjne

2 ANALIZA PRZYPADKW DOTYCZCA BUDYNKW JEDNOKONDYGNACYJNYCH2.1 Hala produkcyjna, Express Park, Wielka Brytania2.2 Supermarket, Esch, Luksemburg2.3 Stacja obsugi przy autostradzie, Winchester, Wielka Brytania2.4 Hangar konsorcjum Airbus Industrie, Tuluza,Francja2.5 Hala przemysowa, Krimpen aan den Ijssel, Holandia2.6 Centrum dystrybucyjne i biuro, Barendrecht, Holandia

3 PROJEKT KONCEPCYJNY RAM PORTALOWYCH3.1 Rama portalowa z dachem dwuspadowym3.2 Stateczno ramy3.3 Stateczno elementw konstrukcyjnych3.4 Projekt wstpny3.4.1 Ramy gwne3.4.2 Supy szczytowe3.4.3 Stenie

3.5 Poczenia3.5.1 Poczenie narone3.5.2 Poczenie wierzchokowe3.5.3 Podstawy3.5.4 Poczenia stenia

3.6 Inne typy ram portalowych3.6.1 Rama portalowa ze stropem midzykondygnacyjnym3.6.2 Rama portalowa z zewntrzn antresol3.6.3 Rama portalowa z suwnic3.6.4 Rama portalowa ze cigiem3.6.5 Mansardowe lub ukowe ramy portalowe3.6.6 Wielonawowa rama portalowa

4 PROJEKT KONCEPCYJNY KONSTRUKCJI KRATOWNICOWYCH4.1 Wprowadzenie4.2 Elementy kratownicy4.3 Stateczno ramy4.4 Projekt wstpny4.5 Kratownice ze sztywn ram4.6 Poczenia

5 KONSTRUKCJE Z BELEK SWOBODNIE PODPARTYCH6 SUPY ZOONE7 OKADZINY7.1 Pojedynczy arkusz blachy trapezowej7.2 System poszycia podwjnego7.3 Pokrycie czone na rbek stojcy7.4 Panele kompozytowe lub warstwowe7.5 Projektowanie cian z uwagi na warunki poarowe

8 PROJEKT WSTPNY RAM PORTALOWYCH8.1 Wprowadzenie8.2 Szacunkowe okrelanie wymiarw elementw

SSB02_Projekt_koncepcyjny.pdf

Documents

Transcript of SSB02_Projekt_koncepcyjny.pdf