hala stalowa

Projekt hali stalowej jednonawowej

D. Ziaja

e-mail: [email protected]

ZałożeniaOpis techniczny

Zestawienie obciążeń klimatycznychProjekt koncepcyjny

Konstrukcja wsporcza obudowyGłówny układ poprzeczny - analiza statyczna

Dźwigar kratowySłupy

StężeniaDobór grupy jakościowej stali

Opis tecniczny - wersja rozwiniętaLiteratura

Plan projektu1 Założenia2 Opis techniczny3 Zestawienie obciążeń klimatycznych4 Projekt koncepcyjny5 Konstrukcja wsporcza obudowy6 Główny układ poprzeczny - analiza statyczna7 Dźwigar kratowy8 Słupy9 Stężenia10 Dobór grupy jakościowej stali11 Opis tecniczny - wersja rozwinięta12 Literatura

D. Ziaja Hala stalowa, semestr letni 2013







Założenia

Zaprojektować konstrukcję hali jednonawowej według poniższychdanych:1 Wymiary

Szerokość (po zewnętrznej krawędzi słupów) B = 36[m]Długość L = 135[m]Wysokość (od posadzki do spodu pasa dolnego) H = 10.8[m]

2 Lokalizacja: Rzeszów3 Obudowa: Płyty warstwowe4 Gatunek stali: S4505 Kratownica: dwuspadowa, symetryczna, o jednakowych

spadkach obu połaci i = 5o








Obciążenie śniegiemObciążenie wiatrem

Zestawienie obciążeń klimatycznych

1 Obciążenie śniegiem - według [1]2 Obciążenie wiatrem - według [2]









Obciążenie śniegiem - wartość charakterystyczna

Rzeszów leży w 3 strefie obciążenia śniegiem,

wysokość waha się w granicach 197 - 384 m.n.p.m

do obliczeń przyjęto A=300m.n.p.m

Wartość charakterystyczna obciążenia śniegiem gruntuwynosi (Tablica NB.1)

sk = 0.006A− 0.6 = 0.006 · 300− 0.6 = 1.2kN/m2 ≤ 1.2kN/m2









Obciążenie śniegiem - współczynnik kształtu dachu

Współczynnik kształtu dachu µi - wg rozdziału 5.3 i załącznika Bdla dachu o spadku 5o współczynnik µ1 = 0.8 rozważono trzyprzypadki obciążenia śniegiem









Obciążenie śniegiem

Współczynnik ekspozycji Ce

dla terenu normalnego wg Tablicy 5.1 Ce = 1.0

Współczynnik termiczny Ct

przyjęto,że dach jest izolowany termicznie, dlatego zgodnie z5.2.(8) Ct = 1.0

Obciążenie śniegiem dachów wyznacza się ze wzoru 5.1 [1]s = µiCeCtsk









Obciążenie śniegiem









Obciążenie wiatrem

Rzeszów leży w 1 strefie obciążenia wiatrem

Zgodnie z Tablicą NA.1 wartość ciśnienia prędkości wiatru (dlawysokości 300 m.n.p.m) wynosi qb,0 = 0.3[kN/m2]

Przyjęto kategorię terenu II - wg Tablicy 4.1, oraz wysokośćbudynku nie większą niż 15[m]wg Rysunku 7.4 wysokość odniesieniab = 36[m] > h = 15[m] zatem ze = h = 15[m]Współczynnik ekspozycji wg Tablicy NA.3 wynosiCe(ze) = 2.3 ·

(ze10

)0.24= 2.3 ·

(1510

)0.24= 2.535









Obciążenie wiatrem - wartość szczytowa ciśnienia

Wartość szczytową ciśnienia prędkości obliczono ze wzoru (4.8) [2]qp(ze) = Ce(ze) · qb,0 = 2.535 · 0.3 = 0.76[kN/m2]

Ciśnienie wiatru działające na powierzchnie zewnętrzne obliczonoze wzoru (5.1) [2] we = qp(ze) · cpe









Obciążenie wiatrem - przypadki obciążenia zewnętrznego

Rozważono dwa przypadki obiążenia zewnętrznego

wiatr wieje prostopadle do ściany szczytowej (WIATR 1)

wiatr wieje równolegle do ściany szczytowej (WIATR 2)









Wiatr 1 - podział na pola

dla ścian wg Rysunku 7.5

e = min{

b2h

= min{

362 · 15

= 30[m]

e < d = 135[m]Wartości cpe wg Tablicy 7.1 dla h

d = 15135 = 0.111 ≤ 0.25

dla dachu podział na strefy wg Rysunku 7.8 (c) dla kiernku wiatruθ = 90o

Wartości z Tablicy 7.4.b









Wiatr 1 - współczynniki cpe









Wiatr 1 - ciśnienie wiatru we[kN/m2]









Wiatr 2 - podział na pola

dla ścian wg Rysunku 7.5

e = min{

b2h

= min{

1352 · 15

= 30[m]

e < d = 36[m]Wartości cpe wg Tablicy 7.1 dla h

d = 1536 = 0.417 > 0.25

dla dachu podział na strefy wg Rysunku 7.8 (b) dla kiernku wiatruθ = 0o

Wartości z Tablicy 7.4.a przy czym uwzględniono najgorsząkombinację (z czterech możliwych)









Wiatr 2 - współczynniki cpe









Wiatr 2 - ciśnienie wiatru we[kN/m2]









Ciśnienie wiatru na powierzchnie wewnętrzne

Ciśnienie wiatru działające na powierzchnie wewnętrzne obliczonoze wzoru (5.2) [2]

wi = qp(zi ) · cpidla zi = zewg 7.2.9(6) UWAGA 2 cpi = +0.2 lub cpi = −0.3 należy brać poduwagę bardziej niekorzystną wartośćzatem

wi = 0.76[kN/m2] ·+0.2 = +0.152[kN/m2]

lubwi = 0.76[kN/m2] · −0.3 = −0.228[kN/m2]









Obciążenie wiatrem - przypadki obciążenia

Uwzględniając jednoczesne działanie ciśnienia wewnątrz i nazewnątrz rozważono następujące przypadki obiążenia

wiatr wieje prostopadle do ściany szczytowej (WIATR 1)wewnątrz parcie (WIATR 1a)wewnątrz ssanie (WIATR 1b)

wiatr wieje równolegle do ściany szczytowej (WIATR 2)wewnątrz parcie (WIATR 2a)wewnątrz ssanie (WIATR 2b)








Ogólne zalecenia konstrukcyneKształtowanie dźwigarów kratowychRozmieszczenie stężeń i dylatacjiDobór elementów obudowyRysunki schematyczneRysunki zestawczo-montażowe

Ogólne zalecenia konstrukcyne

przyjęte rozwiązania konstrukcyjne muszą współgrać zprzeznaczeniem obiektunależy uwzględnić wymiary elementów wystłkowychminimalny spadek dachu zależy:

zastosowanego pokrycia (wytyczne producenta)możliwości odprowadzenia wody (minimalny spadek wynosi 1%np. dla powłok bezspoinowych z mas asfaltowych wg [3])

Stosowane moduły [4]wymiary okien, wrót, drzwi, a także wysokości słupów zgodniez modułem 3M=0.3[m]moduł pionowy 12M=1.2[m]









Zalecenia konstrukcyjne - kształtowanie kratownic 1

osie prętów schodzących się do jednego węzła przecinają się wjednym punkcie (sytyuacja zalecana)

zalecane, optymalne kąty pomiędzy elementami > 35o [4]

pręty ściskane jak najkrótsze

jak najmniejsza liczba prętów schodzących się do jednegowęzła

kratownice samostateczne łatwiejsze w montażu niż np.kratownice trapezowe oparte przegubowo na słupach

uwzględnić ewentualny transport podwieszony do kratownicy









Zalecenia konstrukcyjne - kształtowanie kratownic 2

uwzględnic możliwość transportu na plac budowy (odpowiednipodział na elementy wysyłkowe, których wysokość dlatransportu drogowego nie powinna przekraczać 2.5[m])

ze wzglęgów konstrukcyjnych przyjmuje się pasy kratownicjako pręty ciągłe

zmiana wysokości pasów uzasadniona przy rozpiętościachl ≥ 30[m]

na słupki i krzyżulce 3÷ 4 asortymenty kształtowników









Zalecenia konstrukcyjne - rozmieszczenie stężeń i dylatacji

rozstaw dylatacji mniejszy niż:w halach 150[m],w estakadach 120[m]

rozstaw pomiędzy stężeniami przenoszącymi siły poziomew danym kierunku ≤ 60[m]odległość ww. stężenia od dylatacji ≤ 60[m]stężenia pionowe podłużne dachów hal

szczególnie w przypadku rygli kratowychprzynajmniej w polach z tężnikami połaciowymi poprzecznymiw miejscu załamania pasów kratownicw lini podpór (dla dźwigarów z słupkami podporowymi)odległość pomiędzy sąsiednimi stężeniami ≤ 15[m]









Dobór elementów obudowy

Pokrycie hali wykonano z płyt warstwowych.Dobór płyt na podstawie katalogu producenta (Blachy Pruszyński)Ze wzgledu na określoną w [5] maksymalną wartość współczynnikaprzenikania ciepła dla budynków produkcyjnych

dla dachu przy ti ≥ 16oC ⇒ Umin = 0.25[W /(m2K )]dla ścian zewnętrznych przyti ≥ 16oC ⇒ Umax = 0.3[W /(m2K )]

Przyjęto wstepniedla dachu płytę PWD-S grubość 200mm oU = 0.2[W /(m2K )]na ściany PWS-S grubość 150mm o U = 0.26[W /(m2K )]









Dobór elementów obudowy - pokrycie dachowePrzyjęto schemat statyczny płyt jako belka ciągła sześcioprzęsłowa, rozpięośc przęseł l = 3[m]Zestawienie obciążeń1 śnieg

s = 0.96[kN/m2]

obciążenie działające prostopadle do powierzchni dachu

s⊥ = s · cos(α)2 = 0.96 · cos(5)2 = 0.95[kN/m2]

2 wiatrbrak parcia na połaciach dachu, wyłącznie ssanie wiatru

we = −1.292[kN/m2]

bardziej niekorzystne będzie działanie parcia wiatru od wnętrza

wi = +0.152[kN/m2]

łączne obciążenie wiatremwi + we = 1.292 + 0.152 = 1.444[kN/m2]









Pokrycie dachowe - stany graniczne

1 SGNmaksymalne obciążenie w dół

qd = 1.5 · s⊥ = 1.5 · 0.95 = 1.425[kN/m2] < 2.69[kN/m2]

maksymalne obciążenie w górę

qd = 1.5 · w = 1.5 · 1.444 = 2.166[kN/m2] < 2.69[kN/m2]

2 SGUmaksymalne obciążenie w dół

qd = s⊥ = 0.95[kN/m2] < 3.34[kN/m2]

maksymalne obciążenie w górę

qd = w = 1.444[kN/m2] < 2.84[kN/m2]









Dobór elementów obudowy - ściany

Przyjęto schemat statyczny płyt ściennych jako belki ciągłaczteroprzęsłowa, rozpięośc przęseł l = 3[m]Zestawienie obciążeń - prostopadle do powierzchni ściany działawyłącznie obciążenie wiatrem1 maksymalne parcie na zewnątrz i ssanie wewnątrz

we = +0.532[kN/m2] wi = −0.228[kN/m2]

we + wi = 0.532 + 0.228 = 0.76[kN/m2]

2 maksymalne ssanie na zewnątrz i parcie wewnątrzwe = −0.912[kN/m2] wi = +0.152[kN/m2]

we + wi = 0.912 + 0.152 = 1.064[kN/m2]D. Ziaja Hala stalowa, semestr letni 2013








Ściany - stany graniczne

1 SGNmaksymalne obciążenie

qd = 1.5 ·wssanie = 1.5 · 1.064 = 1.596[kN/m2] < 2.23[kN/m2]

2 SGUmaksymalne obciążenie

qd = wssanie = 1.064[kN/m2] < 2.03[kN/m2]









Dobór elementów obudowy

Podane przez producenta maksymalne obciążenia płyt nie zostałyprzekroczonePłyty dobrano prawidłowo









Rysunki schematyczne

Zgodnie z powyższymi zaleceniami sporządzono rysunkischematyczne projektowanej hali. Dla uproszczenia układ ścianyszczytowej przyjęto identycznie jak dla głównych układówpoprzecznychRysunki schematyczne:

zawierają ogólne informacje o konstrukcjiskala 1:200, 1:100zasadnicze elemnty bez połączeń (pojedynczą linią ciągłą)oznaczenia schematycznewszystkie wymiary: siatka geometryczna, rozstaw rygli, płatwiitp.









Rysunki schematyczne - rzut i widok połaci dachu









Rysunki schematyczne - przekrój pionowy i widok ścianyszczytowej









Rysunki zestawczo-montażowe

skala 1:50 lub 1:100

obraz całej konstrukcji z naniesionymi wszystkimi elementamiwysyłkowymi

zaznaczone wymiary modułowe i gabarytowe

dodatkowo szczegóły styków montażowych w większejpodziałce









Rysunki zestawczo-montażowe - rzut i widok połaci dachu









Rysunki zestawczo-montażowe - przekrój pionowy i widokściany szczytowej








Płatew - schemat statycznyPłatew - zestawienie obciążeń - ciężar własnyPłatew - zestawienie obciążeń - wiatrPłatew - rysunki robocze

Przyjeto płatew o schemacie statycznym belki ciągłej (15 przęseł). Jednak dla belek ciągłych różnica siłwewnętrznych pomiedzy belką o 5 przęsłach, a belką o większej ilości przęseł jest nieistotna. Dlatego schematstatyczny płatwi w dalszych obliczeniach przyjeto jako belkę ciągłą pięcioprzęsłową. Ze względu na obciążeniewiatrem najbardziej wytężoną płatwią będzie płatew przyskrajna. Pozostałe płatwie przyjeto identyczne jakprzyskrajna.









Płatew - zestawienie obciążeń - ciężar własny

ciężar własny płytydachowej

ciężar własny płatwi









Platew - zestawienie obciążeń - wiatr

Zgodnie z [2] siłę zewnętrzną pochodzącą od wiatru, działającą na płatewobliczono ze wzoru (5.5)

Fw,e = cscd ·∑

powierzchnie

we · Aref

Przy czym dla budynków o wysokości mniejszej niż 15[m] można przyjmowaćcscd = 1.0 (6.2 (1)a), zatem

Fw,e = 1.0 ·∑

powierzchnie

we · Aref =∑

powierzchnie

we · Aref

siłę wewnętrzną obliczono ze wzoru (5.6)

Fw,i =∑

powierzchnie

wi · Aref









Płatew - zewnętrzne ciśnienie wiatru [kN/m2]









Rysunki robocze

oddzielnie dla poszczególnych elementów wysyłkowych

skala 1:10, 1:20, 1:5

oznaczone wszystkie pozycje

Pozycja

“Podstawowe elementy konstrukcji, które mogą być wykonane bez zastosowaniałączników (spoin, śrub, zgrzelin)” [4], str. 62

tylko konieczne wymiary

wymiar podany tylko raz

łańcuch wymiarowy niedomknięty - pominąć najmniej istotny wymiar

bez wymiarów oczywistych - np. wysokości dwuteownika

zestawienie materiałówD. Ziaja Hala stalowa, semestr letni 2013







Główny układ poprzeczny - analiza statycznaW projekcie przyjętogłówny układ poprzecznyw postaci statyczniewyznaczalnej kratownicyopartej przegubowo nawspornikowych słupachzgodnie z rysunkiemobok. Taki układ jestukładem statycznieniewyznaczalnym, jednakdla uproszczenia obliczeńrozważono osobnodźwigar kratowy i słupy,mając świadomośćniewielkiej różnicy siłwewnętrznych.








Zestawienie obciążeń - obciążenia węzłoweZestawienie obciążeń - ciężar własnyZestawienie obciążeń - śniegZestawienie obciążeń - wiatrKratownica - ustalenie długości wyboczeniowych

Zestawienie obciążeń - Obciążenia węzłowe

W kratownicachprzyjmuje się, żeobciążenia przekazywanesą na konstrukcjęwyłącznie w postaci siłskupionych przyłożonychdo węzłów. Obciążenieprzypadajace na danywęzeł zbiera się zpowierzchni zaznaczonejna rysunku.









Zestawienie obciążeń - ciężar własny

ciężar własny płytydachowej

ciężar własny płatwi

ciężar własny wiązarazostanie uwzględniony wobliczeniach komputerowych









Zestawienie obciążeń - śnieg

content...









Zestawienie obciążeń - wiatr

Najbardziej wytężonym dźwigarem ze względu na działanie wiatrujest dźwigar przyskrajny. Dla uproszczenia wszystkie dźwigaryprzyjeto takie, jak ten najbardziej wytężony.









Zestawienie obciążeń - wiatr









Kratownica - ustalenie długości wyboczeniowych

le,y = lteoretyczna,y · µy le,z = lteoretyczna,z · µzw płaszczyźnie wiązara (y)

długości teoretyczne równe odległościom między sąsiednimiwęzłami (pasy, słupki, krzyżulce)

z płaszczyzny wiązara (z)długości teoretyczne dla słupków i krzyrzulców jak wpłaszczyźnie (odległość między sąsiednimi węzłami)dla pasów - odległość między węzłami przytrzymanyminieprzesuwnie w kierunku prostopadłym do układupoprzecznego









Nieprzesuwne podparcie pasów kratownicy

pomiędzy stężeniami pionowymi podłużnymi

w dachach płatwiowych rolę nieprzesuwnego podparcia pełniąpłatwie połączone z nieprzesuwnymi węzłami stężeniapołaciowego poprzecznego









Współczynniki długości wyboczeniowej

dla pasów µ = 1.0dla słupków i krzyżulców (wewnętrznych) µ = 0.8÷ 1.0

µ = 0.8 w skratowaniach typu prostego (z wyjątkiemkrzyżowego i półkrzyżulcowego), gdy połączenie jestdostatecznie sztywne [4]µ = 1.0 w pozostałych przypadkach

dla słupków i krzyżulców podporowych µ = 1.0









Zalecane graniczne smukłości prętów kratownic dachowych

aaa








Słupy - ustalenie długości wyboczeniowych

Słupy - ustalenie długości wyboczeniowych - słupy

content...








Literatura

Eurokod 1: Oddziaływanie na konstrukcje, Część 1-3:Oddziaływanieogólne - Obciążenie śniegiem

Eurokod 1: Oddziaływanie na konstrukcje, Część 1-4:Oddziaływanieogólne - Obciążenie wiatrem

Praca zbiorowa: Poradnik majstra budowlanego, ARKADY, Warszawa2006

Biegus A.: Stalowe budynki halowe, ARKADY, Warszawa 2008

Rozporządzenie Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych,jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, z późniejszymizmianami


hala stalowa

Documents