PRACA DYPLOMOWA MAGISTERSKA

Transkrypt

1 POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA Wydział Budownictwa i Architektury Studia Stacjonarne II Stopnia Rok akademicki 2014/2015 PRACA DYPLOMOWA MAGISTERSKA Temat projektu: Optymalizacja podsuwnicowych słupów hal Optimization of crane columns hall Promotor pracy: dr inż. Leszek CHODOR Prace wykonał: inż. Sławomir CHUDY Kielce 2015

2

3

4

5

6 Składam serdeczne podziękowania Promotorowi, Panu dr inż. Leszkowi Chodor za cenne uwagi i wskazówki udzielone podczas pisania niniejszej pracy. Bez jego wsparcia i pomocy stworzenie pracy magisterskiej byłoby znacznie trudniejsze i bardziej czasochłonne. Pragnę również podziękować wszystkim tym, którzy okazali życzliwość i pomoc w pisaniu pracy.

7 SPIS TREŚCI 1. CZĘŚĆ TEORETYCZNA Wstęp Wiadomości ogólne o konstrukcji hal Rodzaje hal Transport suwnicowy w halach Rodzaje transportu suwnicowego Wciągniki jednoszynowe Suwnice podwieszone Suwnice natorowe jednodźwigarowe Suwnice natorowe dwudźwigarowe Suwnice wspornikowe (konsolowe) Belki podsuwnicowe Klasyfikacja dźwignic Sposoby podparcia belek podsuwnicowych Rodzaje konstrukcji belek podsuwnicowych Słupy podsuwnicowe hal Obciążenia słupów Ogólny podział słupów hal Schematy statyczne słupów Geometrie słupów głównych hal Słupy stalowe Słupy żelbetowe Słupy zespolone Ognioodporność elementów konstrukcji Cele zabezpieczania przeciwpożarowego Odporność ogniowa budynków i elementów konstrukcyjnych Modele pożarów Metody projektowania Zabezpieczenia ognioochronne konstrukcji stalowych Zabezpieczenia ognioochronne konstrukcji żelbetowych Zabezpieczenia ognioochronne konstrukcji zespolonych stalowo-betonowych CZĘŚĆ ANALITYCZNA Założenia projektowe Przyjęcie rodzajów słupów do optymalizacji Założenia obliczeniowe Założenia dotyczące spoin Założenia dotyczące zabezpieczenia antykorozyjnego elementów stalowych Założenia dotyczące zabezpieczenia przeciwpożarowego słupów Weryfikacja słupów stalowych walcowanych Schemat słupa Zestawienie elementów konstrukcyjnych Zabezpieczenie przeciwpożarowe Weryfikacja słupów stalowych pełnościennych Schemat słupa Zestawienie elementów konstrukcyjnych Zabezpieczenie przeciwpożarowe Weryfikacja słupów stalowych skratowanych Schemat słupa 71 Strona 1

8 SPIS TREŚCI Zestawienie elementów konstrukcyjnych Zabezpieczenie przeciwpożarowe Weryfikacja słupów żelbetowych prostokątnych Schemat słupa Zestawienie elementów konstrukcyjnych Zabezpieczenie przeciwpożarowe Weryfikacja słupów zespolonych w pełni obetonowanych Schemat słupa Zestawienie elementów konstrukcyjnych Zabezpieczenie przeciwpożarowe Weryfikacja słupów zespolonych częściowo obetonowanych Schemat słupa Zestawienie elementów konstrukcyjnych Zabezpieczenie przeciwpożarowe Weryfikacja krótkich wsporników dla słupów stalowych walcowanych Zestawienie elementów konstrukcyjnych wraz z schematami połączeń Zabezpieczenie przeciwpożarowe Weryfikacja krótkich wsporników dla słupów żelbetowych prostokątnych Zestawienie elementów konstrukcyjnych Zabezpieczenie przeciwpożarowe Weryfikacja krótkich wsporników dla słupów zespolonych w pełni obetonowanych Zestawienie elementów konstrukcyjnych Zabezpieczenie przeciwpożarowe Weryfikacja krótkich wsporników dla słupów zespolonych częściowo obetonowanych Zestawienie elementów konstrukcyjnych wraz z schematami połączeń Zabezpieczenie przeciwpożarowe Zestawienie cen wykonania słupów Założenia wyjściowe Przyjęte ceny Zestawienie cen wykonania słupów i poszczególnych ich elementów WYNIKI ANALIZ I WNIOSKI Graficzne zestawienie wyników przeprowadzonych analiz i obliczeń Wnioski Wniosek generalny Wnioski szczegółowe 90 LITERATURA: 92 Strona 2

9 CZĘŚĆ TEORETYCZNA Wstęp, Wiadomości ogólne o konstrukcji hal 1. CZĘŚĆ TEORETYCZNA 1.1. Wstęp Tematem pracy dyplomowej magisterskiej jest optymalizacja słupów podsuwnicowych hal. Słupy podsuwnicowe odgrywają bardzo ważną rolę w halach przemysłowych, ponieważ mogą być zaprojektowane na kilkanaście różnych sposobów. Mogą być żelbetowe, stalowe lub zespolone. Każdy słup wyróżnia się innymi właściwościami, jakimi są: ognioodporność, nośność, wytrzymałość zmęczeniowa, koszty produkcji i montażu, ilość potrzebnego materiału, ciężar konstrukcji słupa, wymiary gabarytowe (szerokość, grubość), użyte materiały, możliwość zamontowania jednej lub więcej suwnic Wiadomości ogólne o konstrukcji hal Halami nazywa się budynki najczęściej parterowe, które mogą mieć jedną lub więcej naw. W większości wypadków nie są one podpiwniczone. Cechują się brakiem wewnętrznych ścian poprzecznych i podłużnych. Projektując hale stara się o to aby było w niej jak najwięcej wydzielonej powierzchni użytkowej osłoniętej ścianami zewnętrznymi i zadaszonej, co chroni ją przed wpływami czynników atmosferycznych, tj. śnieg, deszcz, wiatr, grad, pył, temperatura, itp. Niektóre części hal parterowych są wydzielone i ukształtowane jako wielokondygnacyjne (najczęściej o przeznaczeniu biurowym lub sanitarnym). Ze względu na typ obudowy można wyróżnić hale z dachem i ścianami zewnętrznymi ocieplonymi lub nieocieplonymi oraz wiatę cechującą się brakiem ścian (przegród) zewnętrznych. Wymagania użytkowe obiektu halowego decydują o jego kształcie, wielkości i przeznaczeniu. Wszelkiego rodzaju modernizacje, naprawy, wzmacnianie, przebudowy, hal są stosunkowo proste, a rozbiórka ich oraz montaż na placu budowy są wykonywane na ogół bardzo szybko i bez większych trudności. [1][2] Rodzaje hal Hale możemy podzielić na: Ze względu na ich przeznaczenie [1][3]: przemysłowe (produkcyjne), użyteczności publicznej (handlowe, widowiskowe, wystawowe, sportowe, dworcowe kolejowe i lotnicze), obsługowe (hangary, stacje obsługi, zajezdnie), składowe (magazyny). Strona 3

10 CZĘŚĆ TEORETYCZNA Wiadomości ogólne o konstrukcji hal Ze względu na rodzaj transportu wewnętrznego [3]: z transportem suwnicowym, który obciąża układ poprzeczny hali (podparty, podwieszony lub wspornikowy zwany konsolowym), bez transportu suwnicowego obciążającego układ poprzeczny hali. Ze względu na konstrukcję [3]: wyraźnie zauważalne układy poprzeczne, brak wyraźnych układów poprzecznych do takich hal zaliczają się hale o przekryciu kratownicowym strukturalnym (materace kratowe) oraz hale magazynowe wysokiego składowania; do tego kryterium również zaliczyć możemy układy mieszane typu tarczownicowego lub szedowego, których układy poprzeczne przechodzą przez układy podłużne tworząc konstrukcję przekrycia hali. Hale przemysłowe są budynkami projektowanymi i przeznaczonymi do realizacji określonego wcześniej celu o charakterze produkcyjnym. Może występować w nich wytwarzane, montowane lub magazynowane materiałów i wyrobów, czy też mogą one posłużyć jako zaplecze produkcyjne (maszynownie, kotłownie, palarnie, itp.). Konstrukcja hali powinna być tak zaprojektowana i wykonana aby zapewniała optymalne i właściwe jej użytkowanie, zgodne z wcześniejszymi założeniami co do jej przeznaczenia. Należy pamiętać o tym, że podczas jej eksploatacji mogą wystąpić zmiany technologiczne, tj. rozbudowa, modernizacja, zmiana branży produkcyjnej, zmiana przeznaczenia obiektu, które to możliwości musimy uwzględnić w fazie jej projektowania. [1] Fot. 1: Hala przemysłowa kilkukondygnacyjna o konstrukcji mieszanej. [W1] Strona 4

11 CZĘŚĆ TEORETYCZNA Wiadomości ogólne o konstrukcji hal Fot. 2: Hala przemysłowa stalowa z dwiema suwnicami o udźwigu 10 i 37 ton. [W2] Znaczny wpływ na rozwiązania konstrukcyjne hal, ich kształt i cechy geometryczne ma technologia produkcji, transport suwnicowy wewnętrzny, oświetlenie, wentylacja i termoizolacyjność. Hale przemysłowe mogą być wyposażone w różne urządzenia technologicznie ruchome bądź stałe, takie jak: suwnice, podnośniki, maszyny, wysięgniki, taśmy, ciągi instalacyjne i transportowe, żurawie. Urządzenia te mają na celu zapewniać prawidłowy przebieg procesu produkcyjnego. Dużą powtarzalnością zespołów i elementów konstrukcyjnych charakteryzują się konstrukcje nośne hal, co sprzyja ich ujednoliceniu i wprowadzeniu rozwiązań systemowych, które maja na celu uproszczenie konstrukcji i w znacznym stopniu ułatwienie ich montażu. Projektowane są one z reguły z płaskich układów poprzecznych, przenoszących obciążenia technologiczne (np. od suwnic, urządzeń technologicznych podczepionych do dźwigarów) i klimatyczne, które są przekazywane z dachu i ścian budynku. Rozmieszczone prostopadle do osi podłużnej obiektu poprzeczne układy nośne są połączone ze sobą elementami podłużnymi takimi jak płatwie i rygle oraz stężeniami. [1] Fot. 3: Powyższa fotografia przedstawia powtarzalność elementów i zespołów konstrukcyjnych hali. [W3] Strona 5

12 CZĘŚĆ TEORETYCZNA Wiadomości ogólne o konstrukcji hal Hale składowe są to obiekty magazynowe niskiego lub wysokiego składowania. Związane są z handlem, transportem, rezerwami wojskowymi lub państwowymi itp. ale w żadnym stopniu z zakładem przemysłowym. Najczęściej ich głównym wyposażeniem są urządzenia przenośnikowe i dźwigowo-transportowe. Znaczna część tych obiektów posiada zazwyczaj takie same konstrukcje ustrojów nośnych co są stosowane w halach przemysłowych, składające się z płaskich układów poprzecznych połączonych razem ze sobą stężeniami, płatwiami i ryglami ściennymi, które razem tworzą przestrzenny ustrój. Hale magazynowe mogą być również skonstruowane w postaci przestrzennej struktury prętowej. [1] Fot. 4: Hala składowa wysokiego składowania. [W4] Hale użyteczności publicznej (sportowe, widowiskowe, wystawowe, konferencyjne), a także hale obsługowe (handlowo-usługowe, dworcowe kolejowe i autobusowe, lotnicze, zajezdnie, hangary, stacje obsługi samochodów) są bardzo zróżnicowane między sobą jeśli chodzi o ich architekturę i konstrukcję układów nośnych. Przeznaczenie tych obiektów halowych stawia przed nimi specjalne wymagania: architektoniczne (np. wygląd i układ stadionu), konstrukcyjne (duże rozpiętości, różne urządzenia technologiczne), instalacyjne, przeciwpożarowe, akustyczne, ewakuacyjne, termoizolacyjne itp. Obiekty te w dużej mierze wyróżniają się między sobą oryginalnością i niepowtarzalnością, zarówno w architekturze jak i rozwiązaniach konstrukcyjnych, które w dużym stopniu odbiegają od rozwiązań stosowanych w halach przemysłowych. Każdy z tych obiektów należy projektować w indywidualny sposób na specjalne zamówienie użytkownika, biorąc pod uwagę ich późniejsze przeznaczenie i sposób użytkowania. [1] Fot. 5: Hala sportowa w Centrum Rozwoju Com-Com Zone Nowa Huta. [W5] Strona 6

13 CZĘŚĆ TEORETYCZNA Transport suwnicowy w halach Fot. 6: Hangar lotniczy. [W6] 1.3. Transport suwnicowy w halach Rodzaje transportu suwnicowego Transport suwnicowy wewnętrzny stosuję się najczęściej w halach przemysłowych, magazynowych i produkcyjnych. Znajdują się w nich zróżnicowane typy urządzeń suwnicowych, zwanych też dźwignicami, które poruszają się po jednym lub dwóch torach jezdnych. Spośród nich możemy rozróżnić kilka typów: wciągniki jednoszynowe, poruszające się po torach jezdnych wykonanych z pojedynczych belek najczęściej o profilu walcowanym, podwieszonych do konstrukcji dachu (dźwigarów kratowych, belek dachowych) lub stropu, suwnice podwieszone, poruszające się po torach jezdnych wykonanych z par belek najczęściej o profilu walcowanym, podwieszonych do konstrukcji dachu (dźwigarów kratowych, belek dachowych), stropu lub gdy nie wymagane są duże udźwigi do wolnostojących estakad wewnątrz hali suwnice natorowe, poruszające się po torach jezdnych składających się z par belek montowanych na specjalnie zaprojektowanych słupach hali z ukształtowanymi występami lub krótkimi wspornikami, bardzo rzadko na wolnostojących estakadach, suwnice wspornikowe zwane inaczej konsolowymi, poruszające się po torach jezdnych (najczęściej dwóch) z torowiskami, umiejscowionymi na różnych poziomach słupów lub z torowiskami usytułowanymi na słupach i posadzce hali. Suwnice natorowe charakteryzują się największymi udźwigami (nawet do ponad 100 ton) natomiast najmniejszymi wciągniki jednoszynowe. [2] Strona 7

14 CZĘŚĆ TEORETYCZNA Transport suwnicowy w halach Do ważnych decyzji skutkujących później na całą konstrukcję hali przemysłowej, jej przeznaczenie, koszt wykonania, późniejszy odpowiedni przebieg technologiczny, należy wybór rodzaju transportu suwnicowego podejmowany przez projektanta lub inwestora. Najczęściej stosowanymi środkami transportu wewnętrznego są suwnice natorowe i podwieszone, rzadziej wspornikowe i wciągniki, wpływające w znaczny sposób na konstrukcję hali (słupów, belek podsuwnicowych, dźwigarów kratowych i innych współpracujących elementów konstrukcyjnych). [2] Wciągniki jednoszynowe Wciągniki elektryczne służą do swobodnego podnoszenia i przemieszczania nosiwa wzdłuż ich torów pracy, którymi najczęściej są pojedyncze belki nośne dwuteowe walcowane, proste lub zakrzywione. Stosowane mogą być zarówno w środku budynku hali jak i na odkrytej przestrzeni, gdzie warunki grupy natężenia pracy znajdują się w przedziale od A3 do A6 wg normy PN-ISO4301-1/1998, FEM 1.001/1987. Możemy rozróżnić wciągniki elektryczne linowe, łańcuchowe oraz z systemem open winch przeznaczone do pracy przy bardzo dużych udźwigach i grupach natężenia pracy wyższych niż A6. Wciągniki jednoszynowe poruszają się po dolnej półce znormalizowanych dźwigarów dwuteowych. Dostosowane są do belek walcowanych na gorąco typu HEB, HEA itp. Rozstawy kół jezdnych są dopasowywane do wymaganych szerokości półek dwuteowych. Wciągniki dwuszynowe przystosowane są do jazdy po szynach płaskich lub dźwignicowych. [W7] Przykładowe parametry techniczne wciągników elektrycznych linowych znajdujących się w ofercie handlowej firmy Stalkowent Sp. z o. o. [W7]: W programie produkcyjnym znajdują się wciągniki o następujących parametrach [W7]: jeżdżące na podwieszonej belce nośnej Q = do 25t; H p = do 90m, jeżdżące na dwóch belkach nośnych Q = do 40t; H p = do 90m, stacjonarne Q = do 40t; H p = do 90m. Oferowane wciągniki w wyposażeniu standardowym posiadają [W7]: dwie prędkości podnoszenia (normalną i tzw. mikropodnoszenie), wózki jezdne z samohamowanymi silnikami mechanizmu jazdy, uzwojenia silników o klasie izolacji co najmniej "F", czujniki temperaturowe zabezpieczające silniki przed przeciążeniem, szafę sterowniczą z kasetą i kablem sterowniczym, stopień ochrony IP-54. W wykonaniu poza standardowym oferowane wciągniki mogą posiadać [W7]: dwie prędkości jazdy, płynną regulację prędkości podnoszenia, płynną regulację prędkości jazdy, stopień ochrony IP-55. Strona 8

15 CZĘŚĆ TEORETYCZNA Transport suwnicowy w halach Fot. 7: Przykładowe wciągniki elektryczne linowe jednoszynowe. [W7] Suwnice podwieszone Suwnice podwieszane podobnie jak suwnice natorowe jednodźwigarowe przeznaczone są do mechanizacji prac transportowych w warunkach średniej intensywności pracy, która znajduje się w przedziale A5 (GNP) wg PN i przepisów FEM lub wyższej grupie natężenia pracy. Do istniejącej konstrukcji dachowej (najczęściej dźwigarów kratowych) podwiesza się tory jezdne, po których poruszają się suwnice podwieszane. Stosuje się je w celu maksymalnego wykorzystania przestrzeni hali pod dźwignicami. Można w ten sposób uzyskać również maksymalną wysokość podnoszenia, przez odpowiednie zaprojektowanie konstrukcji suwnic podwieszanych (ich połączeń dźwigara z czołownicami). Dźwigar suwnicy podwieszonej dla małych udźwigów i rozpiętości hali wykonywany jest z profili dwuteowych walcowanych i wyposażony w wciągniki linowe, a przy większych udźwigach i rozpiętościach jako skrzynkowy, mniej wrażliwy na skręcanie, wyposażony w wciągniki łańcuchowe. Sterować suwnicą możemy za pomocą podwieszanej kasety sterowniczej lub bezprzewodowym urządzeniu radiowym. Powszechnie w suwnicach podwieszanych stosuje się przemienniki częstotliwości dla sterowania jazdą wciągnika oraz suwnicy, które dają możliwość łagodnego startu i zatrzymania oraz płynna prędkość tych mechanizmów. Suwnice wyposaża się również w wyłączniki krańcowe, powodujące na początku zwolnienie mechanizmu jazdy wciągnika i suwnicy do pierwszej prędkości, a dopiero później ich całkowite zatrzymanie. Istnieje również zastosowanie systemów napędowych z bezstopniową regulacją prędkości. Aby jeszcze bardziej usprawnić pracę suwnicy stosuje się ogranicznik udźwigu, sterujący całym procesem podnoszenia i jednocześnie rejestrującym liczbę ruchów podnoszenia, przeciążeń, operacji zluzowania lin oraz czas pracy mechanizmu podnoszenia. Cały mechanizm suwnicy zostaje zablokowany, gdy przekroczymy datę kolejnego serwisu, czy też datę konserwacji urządzeń suwnicowych. Dzięki wszystkim zastosowanym technologiom w suwnicach podwieszanych, możemy je bez problemu stosować do bardzo dokładnych prac montażowych i przeładunkowych. [W8] Przykładowe parametry techniczne suwnic podwieszanych znajdujących się w ofercie handlowej firmy GH INTERTECH Sp. z o. o. [W7]: Udźwig Q [t] Rozpiętość L [m] do 20 Do 34,5 Tab. 1: Parametry suwnic podwieszonych. [W8] Wysokość podnoszenia Hol [m] Dostosowana do istniejących warunków Sterowanie Kaseta podwieszana / radio Strona 9

16 CZĘŚĆ TEORETYCZNA Transport suwnicowy w halach Fot. 8: Przykładowe suwnice podwieszone jedno- i dwudźwigarowe. [W8] Suwnice natorowe jednodźwigarowe Przeznaczenie suwnic natorowych jednodźwigarowych jest takie samo jak dla suwnic podwieszanych. Środowiskiem ich pracy może być otwarty teren (składowiska materiałów) lub obiekty zamknięte (hale przemysłowe, produkcyjne, składowe, magazyny). Dźwigar suwnicy jednodźwigarowej wykonywany jest z profili dwuteowych walcowanych dla małych udźwigów i rozpiętości hal, natomiast przy większych udźwigach i rozpiętościach jako skrzynkowy, mniej wrażliwy na skręcanie. Wyposażenie suwnic natorowych jednodźwigarowych we wciągniki i inne urządzenia jest takie samo jak dla suwnic podwieszanych. [W9] Przykładowe parametry techniczne suwnic podwieszanych znajdujących się w ofercie handlowej firmy GH INTERTECH Sp. z o. o. [W9]: Udźwig Q [t] Rozpiętość L [m] do 20 Do 34,5 Tab. 2: Parametry suwnic natorowych jednodźwigarowych. [W9] Wysokość podnoszenia Hol [m] Dostosowana do istniejących warunków Sterowanie Kaseta podwieszana / radio Strona 10

17 CZĘŚĆ TEORETYCZNA Transport suwnicowy w halach Fot. 9: Przykładowe suwnice natorowe jednodźwigarowe. [W9] Suwnice natorowe dwudźwigarowe Suwnice dwudźwigarowe charakteryzują się dużymi udźwigami oraz stabilną i solidną konstrukcją. Przeznaczone są do mechanizacji prac transportowych w warunkach średniej intensywności pracy lub wyższej. Środowisko pracy suwnic natorowych dwudźwigarowych jest takie samo jak dla suwnic natorowych jednodźwigarowych. Dzięki możliwości podciągania haka pomiędzy dźwigarami suwnicy można uzyskać większą wysokość podnoszenia. Dźwigary wykonywane są głównie z profili skrzynkowych spawanych, mniej wrażliwych na skręcanie, wywoływane bardzo dużym udźwigiem suwnicy i znacznymi rozpiętościami hal. Dla tych konstrukcji dźwignic możliwe jest wykonanie pomostów roboczych (remontowych, serwisowych) wzdłuż dźwigara i kabin suwnicowych. Suwnice natorowe dwudźwigarowe wyposażone są w takie same typy wciągarek oraz innych urządzeń pomocniczych usprawniających pracę i zapewniających bezpieczeństwo jak suwnice natorowe jednodźwigarowe czy podwieszone. Istnieje możliwość zastosowania dwóch wciągarek na jednym lub dwóch wózkach: głównej i pomocniczej. Sterować i kontrolować pracę suwnicy można za pomocą podwieszanej kasety sterowniczej, bezprzewodowego urządzenia radiowego lub stanowiska sterowniczego w kabinie. [W10] Przykładowe parametry techniczne suwnic podwieszanych znajdujących się w ofercie handlowej firmy GH INTERTECH Sp. z o. o. [W10] Udźwig Q [t] do ponad 100 Rozpiętość L [m] do 40 Wysokość podnoszenia Hol [m] Dostosowana do istniejących warunków Tab. 3: Parametry suwnic natorowych dwudźwigarowych. [W10] Sterowanie Kaseta podwieszana / radio / kabina sterownicza Strona 11

18 CZĘŚĆ TEORETYCZNA Transport suwnicowy w halach Fot. 10: Przykładowe suwnice natorowe dwudźwigarowe. [W10] Suwnice wspornikowe (konsolowe) Suwnice wspornikowe są idealnymi urządzeniami transportowymi do obsługi stanowisk pracy rozmieszczonych w równym rzędzie. Przejmują one transport materiałów do poszczególnych stanowisk pracy i jednocześnie wykonują pozycjonowanie na stanowiskach montażowych. Jeżdżą poniżej poziomu mostu po przebiegających nad sobą szynach podsuwnicowych zabudowanych wzdłuż ściany hali. [W11] Przykładowe parametry techniczne suwnic podwieszanych znajdujących się w ofercie handlowej firmy DEMAG Terex Material Handling Sp. z o. o. [W11]: Parametry suwnic wspornikowych [W11]: wysięgi do 12 m, udźwigi do maks. 6,3 t, obsługa za pomocą kasety sterowniczej lub sterownika radiowego, czołownice wyposażone w podzespoły napędowe Demag o znakomitych właściwościach jezdnych, wózek z wciągnikiem linowym serii DR poruszający się na wystającej konsoli. Wysoka stabilność konsoli i dźwigarów suwnicy [W11]: trwałość systemu dzięki zamkniętemu profilowi skrzynkowemu. Znakomite właściwości jezdne [W11]: również przy wysokich obciążeniach dzięki ograniczonym tolerancjom błędów toru, pochylenia i prostoliniowości, redukcja drgań skrętnych i wibracji podczas pracy dzięki zastosowaniu profili skrzynkowych na czołownice i dźwigar, czołownica pionowa z idealnie dopasowanymi podzespołami Demag, znakomita dynamika jazdy dzięki zastosowaniu motoreduktorów Demag (dwubiegowych lub z płynną regulacją), łagodne przenoszenie momentu bez oddziaływania sił promieniowych na konstrukcję zewnętrzną, Strona 12

19 CZĘŚĆ TEORETYCZNA Transport suwnicowy w halach bezobsługowe zestawy kołowe Demag DRS z wykonanymi z żeliwa sferoidalnego kołami jezdnymi o własnościach samosmarnych, obniżające zużycie toru suwnicowego i kół jezdnych. Wózek z wciągnikiem linowym dopasowanym do suwnicy [W11]: wózek jednoszynowy EKDR-Pro z wciągnikiem linowym DR-Pro dopasowanym do suwnicy, optymalne wykorzystanie wysokości i powierzchni hali dzięki kompaktowej budowie (niewielkie wymiary dojazdowe i duża wysokość podnoszenia haka), transport ładunków bez wahań dzięki płynnej regulacji prędkości jazdy, ekonomiczność dzięki kompleksowemu monitorowaniu za pomocą innowacyjnej technologii CAN-BUS (serwisowanie prewencyjne). Ergonomiczne sterowanie [W11]: bezpieczna obsługa bez zmęczenia, opcja: kaseta sterownicza DLC indywidualna regulacja wysokości i niezależne przesuwanie na suwnicy, opcja: Sterowniki radiowe DRC z przyciskiem proporcjonalnym do bezprzewodowego sterowania sygnałem radiowym o zmiennej częstotliwości, do nadawania i odbioru sygnałów bez zakłóceń. Opcjonalny tandemowy tryb pracy [W11]: do transportu szczególnie ciężkich i długich ładunków, sterowanie master-slave ruchem obu suwnic za pomocą nadajnika, zsynchronizowany wyłącznik bezpieczeństwa obu suwnic. Opcjonalna praca dwóch wózków [W11]: na przykład do transportu długich ładunków, sterowanie ruchem obu wózków jednym nadajnikiem, zsynchronizowany wyłącznik bezpieczeństwa obu wózków. Integracja systemu [W11]: integracja z ogólną koncepcją intralogistyki. Budowa modułowa [W11]: najwyższa jakość i niezawodność działania dzięki zastosowaniu podzespołów z modułowego systemu dźwignic. Maks. udźwig [t] 6,3 Maks. wysięg L Kr [m] 12 Prędkości jazdy suwnicy [m/min] 10/40 Maks. prędkość jazdy wózka [m/min] 30 Maks. prędkość podnoszenia [m/min] 12,5 Tab. 4: Dane techniczne suwnic wspornikowych. [W11] Strona 13

20 CZĘŚĆ TEORETYCZNA Belki podsuwnicowe Udźwig Wysięg [m] [t] ,5 1,0 1,6 2,0 2,5 3,2 4,0 5,0 6,3 Tab. 5: Stosunek udźwigu do wysięgu suwnic wspornikowych. [W11] Fot. 11: Suwnice wspornikowe EKWK (z wciągnikami linowymi EKDR 3,2 t) wspierają stanowiska pracy przy montażu maszyn poniżej suwnic 50-tonowych. [W11] 1.4. Belki podsuwnicowe W halach przemysłowych aby transport suwnicowy był możliwy bardzo ważną rolę odgrywają belki podsuwnicowe i belki wciągników. Projektujemy je najczęściej jako pełnościenne, rzadziej jako kratowe bądź ażurowe, wspierane lub podwieszone na słupach albo podwieszone do dźwigarów dachowych. Aby suwnica mogła się swobodnie przemieszczać, na górnych pasach belek podsuwnicowych montowane są szyny jezdne. Dla dźwignic podwieszonych szynę jezdną stanowi pas dolny belki podczepionej do konstrukcji dachu. Jedna lub więcej belek podsuwnicowych może być zamontowana na różnych poziomach słupa w jednej lub kilku nawach hal. Dąży się do tego aby co najmniej z jednej strony nawy na belce podsuwnicowej był zrobiony pomost roboczy, ułatwiający obsługę, serwisowanie, konserwację, modernizację czy naprawę suwnicy. [4] Strona 14

21 CZĘŚĆ TEORETYCZNA Belki podsuwnicowe Fot. 12: Widok pomostów roboczych Klasyfikacja dźwignic Przystępując do projektowania belki podsuwnicowej w pierwszej kolejności należy wziąć pod uwagę warunki w jakich będzie suwnica użytkowana, jakie będzie jej przeznaczenie i maksymalny wymagany udźwig. Należy zapewnić bezpieczeństwo pracy suwnicy oraz trwałość i odpowiednią wytrzymałość zmęczeniową konstrukcji belki podsuwnicowej. [5] W książce [5] warunki techniczne użytkowania dźwignicy zostały określone za pomocą następujących parametrów: ogólna liczba cykli pracy w okresie jej eksploatacji, średnie odległości przejazdów, względna częstotliwość występowania obciążenia średniego (widma obciążeń), średnia liczba rozruchów. Powyższe parametry wpływają na określenie klas [5]: wykorzystania dźwignicy, podnoszenia dźwignicy Sposoby podparcia belek podsuwnicowych Belki podsuwnicowe mogą być [3]: swobodnie podparte na słupach lub zawieszone do rygli, dźwigarów, konstrukcji dachu hali, ciągłe w płaszczyźnie pionowej lub ciągłe w płaszczyznach pionowej i poziomej. Wady belek podsuwnicowych swobodnie podpartych [3]: ciężar belki jest ok. 10% większy niż belki ciągłej, większe obciążenie dynamiczne powodujące szybsze zużywanie się szyn i kół suwnic, większe ugięcia, powodujące rozchylanie się styków belek na podporach oraz w dużej liczbie przypadków stan graniczny ugięcia decyduje o przekroju belki podsuwnicowej. Strona 15

22 CZĘŚĆ TEORETYCZNA Belki podsuwnicowe Zalety belek podsuwnicowych swobodnie podpartych [3]: mniejsze oddziaływania na podporach niż w belkach ciągłych (brak momentów zginających), łatwy, szybki i wygodny montaż oraz transport ze względu na rozmiary, typizację i unifikację, mała wrażliwość na osiadanie podpór słupów gdy hala posadowiona jest na słabym gruncie, mała liczba styków montażowych. Zaleca się w praktyce stosowanie belek podsuwnicowych ciągłych, ponieważ można zastosować dużo mniejsze przekroje, co wpływa w znacznym stopniu na ich cenę, mniejsze wytężenie i ugięcie. Belki te warto stosować przy rozpiętościach przęseł większych niż 12,0m (przeważnie dwu przęsłowe) oraz przy niedużych rozpiętościach pomiędzy płaskimi poprzecznymi układami hali co 6,0-7,5m (belki 2-4 przęsłowe). [3] Rodzaje konstrukcji belek podsuwnicowych Wyróżniamy następujące rodzaje konstrukcji belek podsuwnicowych: żelbetowe, stosowane w halach przemysłowych i estakadach o rozstawie pomiędzy słupami nie większym niż 6,0m; w zależności od wymaganego udźwigu suwnicy wykorzystuje się belki różniące się wymiarami przekroju poprzecznego (najczęściej jest to przekrój dwuteowy), [W13] Tab. 6: Parametry belek podsuwnicowych żelbetowych. [W13] Rys. 1: Schematy przekrojów belek podsuwnicowych żelbetowych. [W13] Strona 16

23 CZĘŚĆ TEORETYCZNA Belki podsuwnicowe kablobetonowe, projektowane podobnie jak belki strunobetonowe o przekroju dwuteowym z rozbudowanym pasem górnym i rozpiętości do 12,0m, [7] Tab. 7: Oznaczenia belek podsuwnicowych kablobetonowych i strunobetonowych. [7] Rys. 2: Schemat belki podsuwnicowej kablobetonowej (typ E 506). [7] strunobetonowe, stosowane w halach przemysłowych i estakadach o rozstawie pomiędzy słupami nie większym niż 6,0m; w zależności od wymaganego udźwigu suwnicy wykorzystuje się belki różniące się wymiarami przekroju poprzecznego i ilością splotów sprężających (wyróżniamy 2 odmiany), [W13] Strona 17

24 CZĘŚĆ TEORETYCZNA Belki podsuwnicowe Tab. 8: Parametry belek podsuwnicowych strunobetonowych. [W13] Rys. 3: Schematy przekrojów belek podsuwnicowych strunobetonowych. [W13] z kształtowników walcowanych na gorąco stosowane w halach przemysłowych o rozstawie pomiędzy słupami pomiędzy 6,0-7,5m oraz z umiarkowanymi naciskami kół suwnic jako tory jezdne wciągarek, wciągników, suwnic natorowych jedno- i dwudźwigarowych, podwieszonych i wspornikowych; sztywność pasów górnych przekrojów poprzecznych belek podsuwnicowych można wzmocnić blaszanymi tężnikami poziomymi i projektować je jako jedno-, dwu- lub trójprzęsłowe, [5][6] Rys. 4: Przekroje poprzeczne belek torów wciągnika lub suwnicy podwieszonej. [3] Strona 18

25 CZĘŚĆ TEORETYCZNA Belki podsuwnicowe Rys. 5: Przekroje poprzeczne belek z rozbudowanym pasem górnym (zapobiegające zwichrzeniu) stosowane w suwnicach natorowych. [3] spawane lub walcowane z poziomym pomostem (belka hamowną lub tężnikiem poziomym) w postaci pełnościennej lub skratowanej belki poziomej (może być też belka o przekroju skrzynkowym); stosowane w halach przemysłowych o rozstawie pomiędzy słupami większym niż 9,0m oraz przy średnich i dużych udźwigach suwnicy (powyżej 250kN), [3] Rys. 6: Schemat belek podsuwnicowych pełnościennych z poziomym tężnikiem skratowanym: a) belka dwuteowa (blachownica płaska) z tężnikiem skratowanym, b) belka skrzynkowa (blachownica przestrzenna). [6] Strona 19

26 CZĘŚĆ TEORETYCZNA Słupy podsuwnicowe hal skratowane z poziomą belką (często też skratowaną) stosowane w halach o dużych rozpiętościach oraz małych i średnich udźwigach suwnic (poniżej 320kN); gdy udźwigi suwnicy będą większe niż założono w projekcie to węzły kratownicy stają się mało podatne i belę należy obliczać częściowo z węzłami sztywnymi, co pogarsza jej nośność zmęczeniową i zwiększa ciężar konstrukcji, [3] Rys. 7: Przykładowe przekroje poprzeczne pionowych belek podsuwnicowych skratowanych z kratowym tężnikiem poziomym. [3][6] blachownicowe i kratowe sprężone stosowane w halach przemysłowych o rozstawie pomiędzy słupami większym niż 18,0m oraz przy średnich udźwigach suwnicy; projektowane jako belki swobodnie podparte, [3] swobodnie podparte belki wzmacniane cięgnami stosowane w halach przemysłowych o rozstawie pomiędzy słupami większym niż 6,0m i przy średnich udźwigach suwnicy lub rozstawie rozpiętości przęseł większej niż 12,0m i małych udźwigach, [3] Rys. 8: Schematy belek wzmacnianych cięgnami, kolejno z jednym i trzema słupkami rozporowymi. [3] 1.5. Słupy podsuwnicowe hal Słupami nazywa się takie elementy konstrukcyjne, które posiadają cechy pręta, czyli stosunek ich długości do wymiarów przekroju poprzecznego jest co najmniej o rząd większy. W halach są one ustawiane pionowo, obciążone i ściskane osiowo lub mimośrodowo, poprzecznie oraz osiowo i skrętnie. W przypadku gdy słup jest rozciągany, a nie ściskany to nazywany jest wieszakiem. [8] Strona 20

27 CZĘŚĆ TEORETYCZNA Słupy podsuwnicowe hal Podstawowymi elementami, z których składa się słup są [3]: trzon słupa, węzeł fundamentowy, węzeł głowicowy Obciążenia słupów Słupy stanowią w halach konstrukcję wsporczą dla rygli dachowych, przekazując z nich obciążenia pionowe i poziome na fundamenty, a te z kolei na podłoże gruntowe w jakim są osadzone. W przypadku konstrukcji stalowych hal słupy są elementem składowym układów poprzecznych (pełnościennych lub słupowo-wiązarowych), tworzących układ nośny całej konstrukcji. Połączenie słupów w sposób sztywny z ryglem dachowym w znacznym stopniu pomaga przenosić wytężenia zginające od obciążeń przekazywanych z konstrukcji dachu hali przez głowicę słupa. Ciężar ścian podłużnych i oddziaływania pionowe suwnicy obciążają słupy hali na ich długości osiowo lub mimośrodowo, zaś obciążenia od wiatru działające na ściany podłużne hali i obciążenia poziome od oddziaływań suwnicy generują na słupy obciążenia poprzeczne, które powodują ich zginanie. W przypadku sztywnego połączenia słupa z ryglem dachowym generują się momenty zginające. Słupy główne hal to elementy najczęściej ściskane i zginane jednocześnie. Występują też słupy pośrednie (znajdujące się między słupami głównymi) w wieloprzęsłowych układach poprzecznych hal, w których są one tylko ściskane osiowo. Wytężenia ściskające, zginające, długość i sposób podparcia słupa oraz jego przeznaczenie konstrukcyjne (np. obciążenia od suwnicy) mają duży wpływ na kształt geometryczny i parametry wytrzymałościowe jego przekroju poprzecznego. [1] Rys. 9: Przykładowe schematy obciążenia słupów układów poprzecznych hal. [1] Ogólny podział słupów hal Słupy hal dzielimy ze względu na [2][3][10]: materiał: stalowe, betonowe (żelbetowe), zespolone (stalowo-betonowe), drewniane, geometrię: słupy o stałym momencie bezwładności, słupy o zmiennym momencie bezwładności (słupy o skokowo zmiennym i liniowo zmiennym przekroju poprzecznym), Strona 21

28 CZĘŚĆ TEORETYCZNA Słupy podsuwnicowe hal konstrukcję (zarówno stalowe jak i betonowe): pełnościenne (jednogałęziowe pojedyncze, stalowy złożony o przekroju skrzynkowym zamkniętym, stalowy złożony o przekroju otwartym, żelbetowy prostokątny, kwadratowy, okrągły), wielogałęziowe rozdzielne (dwugałęziowe i trójgałęziowe), wielopasowe rozdzielne (trójpasowe, czteropasowe), skratowane w części podsuwnicowej i pełnościenne w części nadsuwnicowej, skratowane na całej wysokości (wielogałęziowe), dwudzielne (pełnościenne lub pełnościenne i częściowo skratowane), o zmiennym skokowo przekroju (schodkowe), z krótkimi wspornikami (obciążone suwnicą), z przewiązkami z blach, stalowe wypełnione betonem, zespolone (stalowo-betonowe) Schematy statyczne słupów Schematy obliczeniowe statyczne głównych układów poprzecznych oraz podłużnych hal wpływają na schematy statyczne słupów. Układ nośny hali jaki przyjmujemy na początku jej projektowania decyduje o rodzaju i sposobie połączenia słupa z fundamentem lub podporą, na której będzie osadzony oraz z dźwigarem dachu. [4] Belki podsuwnicowe są podpierane [5]: słupami estakad podsuwnicowych (sztywno osadzonych w fundamentach), które przejmują obciążenia pionowe i poziome (generowane przez suwnice) z belek podsuwnicowych oraz obciążenia wywołane działaniem wiatru, słupami hal, przejmujących obciążenia z belek podsuwnicowych oraz od ciężaru dachu, śniegu i wiatru; słupy hali mogą być połączone w sposób sztywny z fundamentem lub ryglem dachowym w zależności od tego jaki schemat statyczny układu poprzecznego hali zostanie przyjęty w fazie projektowania. Rys. 10: Schematy statyczne i obciążenia słupów: a) słupy wspornikowe estakad podsuwnicowych (bez stężeń z ryglami), b) słup wspornikowy i dwuprzegubowy, c) rama z przegubowymi połączeniami z fundamentami, d) położenie osi słupa podsuwnicowego. [5] Projektowanie słupa hali zaczyna się od ustalenia jego długości i schematu statycznego, który ustala się w płaszczyznach układu poprzecznego oraz ściany podłużnej hali. Węzły podporowe i Strona 22

29 CZĘŚĆ TEORETYCZNA Słupy podsuwnicowe hal pośrednie ze względu na swój obrót, przemieszczenie w płaszczyźnie oraz z płaszczyzny układu poprzecznego hali, mogą mieć różną sztywność. [1][12] Ze względu na schemat statyczny słupy dzieli się na [4][12]: wahadłowe, mające zamocowanie przegubowe na obu końcach; przenoszą siły pionowe na fundament, siły poziome na oba przeguby, wywołane obciążeniem poziomym lub momentem zginającym; długość wyboczeniowa jest równa długości słupa, zamocowane jednostronnie w fundamencie (drugie końce słupów są swobodne), na który przekazywane są siły pionowe i poziome oraz momenty zginające; długość wyboczeniowa to podwojona długość słupa, zamocowane w fundamencie, a na górnych końcach podparte przegubowo; przenoszą siły pionowe, poziome i momenty zginające na fundament, a na drugi koniec górny przegub, siły poziome; spotyka się schemat odwrócony, tzn. słup jest przegubowo połączony z fundamentem i sztywno z dźwigarem dachowym w tym przypadku na fundament przekazywana jest cała siła pionowa i część sił poziomych, a na węzeł górny część sił poziomych i moment; długość wyboczeniowa słupa mieści się w przedziale od 0,7 do 2,0 (najczęściej dla prostych przypadków przyjmuje się 0,7), zamocowane w fundamencie z górnymi końcami przesuwnymi, lecz sztywnie połączonymi z dźwigarami dachowymi siły pionowe, poziome i momenty zginające są przenoszone na fundament, zaś na górny węzeł siły poziome i momenty zginające; długość wyboczeniowa słupa mieści się w przedziale od 0,5 do 1,0, przy założeniu że górny koniec słupa może się przesuwać w zależności od rodzaju połączenia i sztywności rygla dachowego, zamocowane obustronnie w fundamencie (układy ramowe); siły pionowe, poziome i momenty zginające są przenoszone na górny i dolny węzeł podporowy słupa. Tab. 9: Tabela przedstawiająca wartości współczynnika długości wyboczenia słupa dla różnych schematów statycznych. [12] Strona 23

30 CZĘŚĆ TEORETYCZNA Słupy podsuwnicowe hal Rys. 11: Schematy statyczne słupów wspornikowych hal obciążonych suwnicą. [4] Geometrie słupów głównych hal Słupy główne hal projektowane są jako pręty ściskane osiowo lub mimośrodowo i zginane jedno- lub dwukierunkowo, dlatego ich ukształtowanie geometryczne zależy w dużym stopniu od funkcji jaką będą pełnić w hali (np. słupy podsuwnicowe, po których będzie się poruszać suwnica) oraz od wartości wytężeń ściskających i zginających. Trzony słupów głównych hali mogą być skonstruowane jako pręty o sztywności stałej, zmiennej liniowo lub skokowo. [1] Rys. 12: Przykłady ukształtowania geometrycznego (sztywności) słupów na ich długości. [1] Najbardziej korzystnymi pod względem wykonawczym i konstrukcyjnym są słupy o stałej sztywności (niezmiennym przekroju), jednorodnej konstrukcji na długości. Mają zastosowanie gdy wytężone są w podobny sposób na swojej długości. Słupy o zmiennej sztywności, zwane słupami zbieżnymi, stosuję się najczęściej gdy słup hali połączony jest w sposób przegubowy z fundamentem i sztywny z ryglem dachowym. Słupy o stałym przekroju ze wspornikami, na których oparta jest belka podsuwnicowa, stosuję się w halach z suwnicami o niewielkim udźwigu. Natomiast w halach o dużym udźwigu suwnicy zastosowanie mają słupy o skokowo zmiennej sztywności (schodkowe), które ułatwiają właściwe zaprojektowanie i zamontowanie na nich belki podsuwnicowej jak również wykazują się znacznie większą wytrzymałością. W halach jednonawowych główne słupy skrajne obciążone są suwnicą tylko z jednej strony (są niesymetryczne), zaś w halach wielonawowych mogą stanowić oparcie obustronnie dla belek podsuwnicowych (będą wtedy symetryczne). W części podsuwnicowej przekroje takich słupów mogą być symetryczne tylko względem jednej osi symetrii oraz mieć większe wymiary geometryczne Strona 24

31 CZĘŚĆ TEORETYCZNA Słupy podsuwnicowe hal przekroju niż w części nadsuwnicowej słupa, podpierającej dźwigar dachowy. Gdy na różnych poziomach w hali porusza się jednocześnie więcej niż jedna suwnica stosuje się słupy schodkowe o kilku schodkach, a mianowicie o większej liczbie skokowych zmian sztywności na ich długości. [4] Fot. 13: Słup podsuwnicowy stalowy skrajny o jednej osi symetrii ze wspornikiem. [W13] Fot. 14: Słupy środkowe podsuwnicowe żelbetowe o zmiennym skokowo przekroju (schodkowe) z dwoma osiami symetrii. [W14] Strona 25

32 CZĘŚĆ TEORETYCZNA Słupy podsuwnicowe hal Fot. 15: Hala stalowa portalowa dwunawowa z słupami o przekroju (sztywności) liniowo zmiennym. [W16] Słupy stalowe Trzony słupów mogą być skonstruowane o przekrojach pełnościennych lub wielogałęziowych, których kształty i wymiary zależą od wysokości słupów, sposobie podparcia ich końców w fundamencie i ryglu dachowym, wartości sił działających osiowo i mimośrodowo, wartości momentu zginającego i płaszczyzny jego działania. [4] Słupy pełnościenne: Słupy pełnościenne najczęściej wykonywane są z kształtowników walcowanych lub blachownic (spawanych blach) z jednego lub więcej zespawanych ze sobą elementów. Do przenoszenia obciążeń pionowych w postaci sił osiowych najlepiej nadają się słupy o przekrojach zamkniętych, do których należą przekroje skrzynkowe i rurowe charakteryzujące się małym przekrojem poprzecznym, estetycznym wyglądem, duża odpornością na skręcanie przekroju oraz łatwym zabezpieczeniem przed korozją. Do przenoszenia obciążeń w postaci sił pionowych na mimośrodzie służą słupy o przekrojach dwuteowych walcowanych na gorąco lub blachownice, charakteryzujące się dużą sztywnością w płaszczyźnie przekroju słupa, na którą działa moment zginający. [9] Rys. 13: Przekroje poprzeczne słupów pełnościennych podpierających belki podsuwnicowe. [5] Strona 26

33 CZĘŚĆ TEORETYCZNA Słupy podsuwnicowe hal Rys. 14: Przekroje trzonów słupów pełnościennych. [1] Słupy ściskane mimośrodowo mają podobny przekrój co słupy ściskane osiowo, gdy wpływ momentu zginającego jest stosunkowo mały. Można wtedy zastosować profile walcowane typu HEA, HEB, profile rurowe czy skrzynkowe. Przekroje są wydłużone w płaszczyźnie działania momentu, gdy występuje duży mimośród i moment zginający. Stosuje się wtedy przekroje dwuteowe, skrzynkowe lub przekroje wielogałęziowe skratowane. Słupy schodkowe (o skokowo zmiennej sztywności), na których ustawiona jest belka podsuwnicowa mają w swojej górnej (nadsuwnicowej) części zazwyczaj przekroje symetryczne z jedną lub dwiema osiami symetrii. Najkorzystniejszym rozwiązaniem jest projektowanie słupów pełnościennych, wtedy gdy występują duże siły osiowe i małe momenty zginające, ponieważ wtedy nośność środnika jest w pełni wykorzystywana. Konstrukcję takich słupów stanowią profile pojedyncze walcowane dwuteowe (IPN, IPE, HEA, HEB), rurowe lub spawane, złożone z blach i kształtowników walcowanych dwuteowych, quasi-dwuteowych albo skrzynkowych. Często słupy o przekrojach zamkniętych lub skrzynkowych wypełnia się betonem. Zaletami przekrojów zamkniętych złożonych są: mały przekrój poprzeczy, bardzo dobre zabezpieczenie przed korozją i estetyczny wygląd. Natomiast do ich wad zaliczyć możemy: pracochłonność ich wykonania oraz trudności łączenia ich z innymi elementami konstrukcji. Słupy o wysokim i cienkim środniku, tj. IPN, IPE, projektuje się w halach bez suwnic przy małych obciążeniach oraz tylko wtedy gdy istnieje możliwość zabezpieczenia ich ze względu na wyboczenie poprzez ich usztywnienie w płaszczyźnie mniejszej sztywności, natomiast przy większych obciążeniach stosuje się słupy z dwuteowników walcowanych HEA lub HEB. [1] Słupy wielogałęziowe: Słupy wielogałęziowe, złożone z dwóch lub więcej gałęzi najczęściej konstruuje się i wykonuje z kształtowników walcowanych na gorąco łączonych ze sobą przewiązkami lub skratowaniem. Bardzo często spotyka się trzony słupów wielogałęziowych wykonane z dwóch walcowanych ceowników lub dwuteowników, a rzadziej z kątowników lub blachownic. Stateczność oraz wytrzymałość trzonu słupa wielogałęziowego zapewniana jest dzięki współpracy gałęzi słupa z przewiązkami lub skratowaniem. Gdy w słupie występują siły osiowe ściskające stosuje się przewiązki, natomiast gdy obciążenie działa na mimośrodzie konstruuje się Strona 27

34 CZĘŚĆ TEORETYCZNA Słupy podsuwnicowe hal skratowanie. Przewiązki mocuje się do gałęzi słupa za pomocą spoin pachwinowych lub czołowych, zaś skratowanie słupów złożonych konstruuje się i wykonuje z pojedynczych kątowników. W słupach dwugałęziowych występują dwie osie i zakłada się, że: oś x przecina materiał, a oś y (zwana inaczej swobodną) jest równoległa do gałęzi składowych. W wysokich słupach złożonych wykonuje się usztywnienia poziome z blach lub ukośnych prętów, które rozmieszcza się w odstępach nie większych niż 4,0m. [9] Rys. 15: Przekroje słupów złożonych dwu- lub wielogałęziowych ściskanych osiowo. [9] Rys. 16: Konstrukcje trzonów słupów złożonych. [12] Strona 28

35 CZĘŚĆ TEORETYCZNA Słupy podsuwnicowe hal Tab. 10: Tabela przedstawiająca 4 typy skratowań słupów. [W17] Fot. 16: Hala stalowa z transportem podpartym. Belki podsuwnicowe oparte są na słupie skratowanym. [W18] Fot. 17: Hala stalowa ze słupami z przewiązkami. [W19] Słupy żelbetowe Za słup żelbetowy (betonowy zazbrojony prętami stalowymi) uważa się element pionowy ściskany poprzez działanie sił podłużnych osiowych, którym z reguły towarzyszy moment zginający Strona 29

36 CZĘŚĆ TEORETYCZNA Słupy podsuwnicowe hal (np. gdy siły podłużne działają na mimośrodzie), oraz gdy stosunek wymiarów boków przekroju poprzecznego nie jest większy niż 4 (spełniony jest warunek h 4) w przeciwnym wypadku element uznawany jest jako ściana. [13][14] W płaskich lub przestrzennych układach ram parterowych lub wielokondygnacyjnych konstrukcjach szkieletowych słupy pełnią rolę podpór. W budownictwie ogólnym (domy, bloki, sklepy, galerie handlowe itp.) słupy najczęściej na swojej całej wysokości na danej kondygnacji mają przekrój poprzeczny stały o niezmiennych wymiarach, natomiast w budynkach hal przemysłowych, które wyposażone są zwykle w transport dźwignicowy, wymiary przekroju poprzecznego zmieniają się odcinkowo. Słupy żelbetowe konstruowane mogą być również jako dwugałęziowe. W zależności od tego w jaki sposób rozkładają się siły wewnętrzne (siły podłużne i momenty zginające) wraz z uwzględnieniem wpływu smukłości elementów powinny wynikać wymiary przekroju poprzecznego słupów. [13] Rys. 17: Przykłady ukształtowania geometrycznego słupów żelbetowych: a), b), c) słupy o przekroju pełnym, d), e) słupy z krótkimi wspornikami, f), g), h) słupy dwugałęziowe. [13] Rys. 18 Inne ukształtowania geometryczne słupów żelbetowych. [15] Najczęściej przyjmowanym przekrojem poprzecznym słupów żelbetowych monolitycznych i prefabrykowanych jest przekrój kwadratowy lub prostokątny, w którym wysokość przekroju usytuowuje się w płaszczyźnie ramy. Przekroje teowe, ceowe lub wydrążone są rzadko spotykane. Ze względów architektonicznych słupy żelbetowe pozwalają ukryć we wnękach rury spustowe (żeliwne, uszczelnione w stykach ołowiem) ale niedopuszczalnym jest umieszczać je wewnątrz słupów. Nie wolno również umieszczać przewodów cieplnych obetonowanych w słupach bez Strona 30

37 CZĘŚĆ TEORETYCZNA Słupy podsuwnicowe hal prawidłowego ich zabezpieczenia termicznego chroniącego przed wpływami temperatury oraz braku ich oddzielenia od konstrukcji słupa, gdyż powoduje to powstawanie znacznych rys i spękań. [15] Rys. 19: Przykładowe przekroje słupów jednogałęziowych: a) kwadratowy, b) prostokątny, c) teowy, d) ceowy, e) zamknięty, f) dwuteowy. [15] Rys. 20: Szczegóły zbrojenia słupów żelbetowych [mm]. [13] Fot. 18: Zastosowanie prefabrykowanych słupów żelbetowych dwugałęziowych w hali przemysłowej. [W20] Strona 31

38 CZĘŚĆ TEORETYCZNA Słupy podsuwnicowe hal Fot. 19: Przykład hali przemysłowej kilkunawowej z transportem suwnicowym, w której konstrukcję nośną stanowią słupy żelbetowe dwugałęziowe z krótkimi wspornikami. [W21] Rys. 21: Najczęściej spotykane schematy obciążeń działających na słupy prefabrykowanych układów słupoworyglowych. [15] W budynkach jednokondygnacyjnych o wysokości do 7,0m projektuje się słupy żelbetowe prefabrykowane o stałym lub liniowo zmiennym przekroju poprzecznym, zaś powyżej 7,0m o przekroju dwuteowym. W halach obciążonych transportem dźwignicowym wykonuje się zwykle słupy ze wspornikami o prostokątnym przekroju poprzecznym i wysokości przekroju stałej lub skokowo zmiennej. Inną możliwością jest projektowanie słupów o skokowo zmiennej wysokości przekroju bez wsporników. Zastosowanie mają również słupy częściowo lub całkowicie dwugałęziowe, tylko wtedy gdy słupy mają zagwarantowaną stateczność przez zamocowanie ich w fundamentach. Słupy prefabrykowane w budynkach wielokondygnacyjnych mają wysokość (długość) taką samą co wysokość jednej lub dwu kondygnacji oraz najczęściej stosowane kwadratowe lub prostokątne przekroje poprzeczne. [15] Strona 32

39 CZĘŚĆ TEORETYCZNA Słupy podsuwnicowe hal Rys. 22: Najczęściej stosowane typy słupów prefabrykowanych w budynkach wielokondygnacyjnych: a) słupy jednokondygnacyjne o stałym przekroju ze wspornikami przy połączeniach z ryglami, wykonywanych za pośrednictwem wbetonowanych blach i kształtowników, b) słupy stosowane w przypadku podciągu betonowanego na miejscu, c) słupy stosowane w przypadku podciągu prefabrykowanego z wypuszczonymi prętami, d) słupy o zmiennym przekroju, e) słupy dwukondygnacyjne. [15] Możemy wyróżnić w śród słupów żelbetowych słupy uzwojone, które zawierają spiralę o stosunkowo nie dużym skoku obejmującą główne podłużne pręty. Słupy ze spiralą mające ten sam przekrój poprzeczny odznacza się znacznie większą nośnością aniżeli słupy mające standardowe zbrojenie. Dzieję się tak dlatego ponieważ uzwojenia przeciwdziałają poprzecznym odkształceniom betonu ściskanego zawartego wewnątrz słupa (spirali), co pozwala przenieść większe naprężenia ściskające przez słup. Zwiększona nośność występuje tylko w przypadku słupów o małej smukłości. Koszt wykonania słupów uzwojonych jest duży dlatego są rzadko stosowane. Stosowane są najczęściej gdy chce się uzyskać mały przekrój poprzeczny słupa i dużą jego nośność, co pozytywnie wpływa na jego względu użytkowe i architektoniczne. Słupy uzwojone konstruuje się o przekrojach poprzecznych kolistych lub w postaci wielokątów foremnych o minimum sześciu bokach, ponieważ tylko w tych rodzajach przekrojów koliste uzwojenie pracuje odpowiednio. Rys. 23: Przykład słupa uzwojonego o przekroju poprzecznym ośmiokątnym. [17] Strona 33

40 CZĘŚĆ TEORETYCZNA Słupy podsuwnicowe hal Rys. 24: Przykładowe przekroje poprzeczne słupów uzwojonych. [17] Fot. 20: Konstrukcja i wykonanie słupa uzwojonego. [W22] Fot. 21: Zniszczenie słupa żelbetowego uzwojonego przez nadmierne siły ściskające. [W23] Strona 34