PRACA DYPLOMOWA MAGISTERSKA

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

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.

SPIS TREŚCI 1. CZĘŚĆ TEORETYCZNA 3 1.1. Wstęp 3 1.2. Wiadomości ogólne o konstrukcji hal 3 1.2.1. Rodzaje hal 3 1.3. Transport suwnicowy w halach 7 1.3.1. Rodzaje transportu suwnicowego 7 1.3.2. Wciągniki jednoszynowe 8 1.3.3. Suwnice podwieszone 9 1.3.4. Suwnice natorowe jednodźwigarowe 10 1.3.5. Suwnice natorowe dwudźwigarowe 11 1.3.6. Suwnice wspornikowe (konsolowe) 12 1.4. Belki podsuwnicowe 14 1.4.1. Klasyfikacja dźwignic 15 1.4.2. Sposoby podparcia belek podsuwnicowych 15 1.4.3. Rodzaje konstrukcji belek podsuwnicowych 16 1.5. Słupy podsuwnicowe hal 20 1.5.1. Obciążenia słupów 21 1.5.2. Ogólny podział słupów hal 21 1.5.3. Schematy statyczne słupów 22 1.5.4. Geometrie słupów głównych hal 24 1.5.5. Słupy stalowe 26 1.5.6. Słupy żelbetowe 29 1.5.7. Słupy zespolone 37 1.6. Ognioodporność elementów konstrukcji 41 1.6.1. Cele zabezpieczania przeciwpożarowego 41 1.6.2. Odporność ogniowa budynków i elementów konstrukcyjnych 41 1.6.3. Modele pożarów 44 1.6.4. Metody projektowania 45 1.6.5. Zabezpieczenia ognioochronne konstrukcji stalowych 48 1.6.6. Zabezpieczenia ognioochronne konstrukcji żelbetowych 57 1.6.7. Zabezpieczenia ognioochronne konstrukcji zespolonych stalowo-betonowych 61 2. CZĘŚĆ ANALITYCZNA 65 2.1. Założenia projektowe 65 2.1.1. Przyjęcie rodzajów słupów do optymalizacji 65 2.1.2. Założenia obliczeniowe 65 2.1.3. Założenia dotyczące spoin 67 2.1.4. Założenia dotyczące zabezpieczenia antykorozyjnego elementów stalowych 67 2.1.5. Założenia dotyczące zabezpieczenia przeciwpożarowego słupów 67 2.2. Weryfikacja słupów stalowych walcowanych 68 2.2.1. Schemat słupa 68 2.2.2. Zestawienie elementów konstrukcyjnych 68 2.2.3. Zabezpieczenie przeciwpożarowe 69 2.3. Weryfikacja słupów stalowych pełnościennych 69 2.3.1. Schemat słupa 69 2.3.2. Zestawienie elementów konstrukcyjnych 69 2.3.3. Zabezpieczenie przeciwpożarowe 70 2.4. Weryfikacja słupów stalowych skratowanych 71 2.4.1. Schemat słupa 71 Strona 1

SPIS TREŚCI 2.4.2. Zestawienie elementów konstrukcyjnych 71 2.4.3. Zabezpieczenie przeciwpożarowe 72 2.5. Weryfikacja słupów żelbetowych prostokątnych 73 2.5.1. Schemat słupa 73 2.5.2. Zestawienie elementów konstrukcyjnych 73 2.5.3. Zabezpieczenie przeciwpożarowe 74 2.6. Weryfikacja słupów zespolonych w pełni obetonowanych 74 2.6.1. Schemat słupa 74 2.6.2. Zestawienie elementów konstrukcyjnych 74 2.6.3. Zabezpieczenie przeciwpożarowe 75 2.7. Weryfikacja słupów zespolonych częściowo obetonowanych 75 2.7.1. Schemat słupa 75 2.7.2. Zestawienie elementów konstrukcyjnych 75 2.7.3. Zabezpieczenie przeciwpożarowe 76 2.8. Weryfikacja krótkich wsporników dla słupów stalowych walcowanych 77 2.8.1. Zestawienie elementów konstrukcyjnych wraz z schematami połączeń 77 2.8.2. Zabezpieczenie przeciwpożarowe 77 2.9. Weryfikacja krótkich wsporników dla słupów żelbetowych prostokątnych 78 2.9.1. Zestawienie elementów konstrukcyjnych 78 2.9.2. Zabezpieczenie przeciwpożarowe 79 2.10. Weryfikacja krótkich wsporników dla słupów zespolonych w pełni obetonowanych 79 2.10.1. Zestawienie elementów konstrukcyjnych 79 2.10.2. Zabezpieczenie przeciwpożarowe 80 2.11. Weryfikacja krótkich wsporników dla słupów zespolonych częściowo obetonowanych 80 2.11.1. Zestawienie elementów konstrukcyjnych wraz z schematami połączeń 80 2.11.2. Zabezpieczenie przeciwpożarowe 81 2.12. Zestawienie cen wykonania słupów 82 2.12.1. Założenia wyjściowe 82 2.12.2. Przyjęte ceny 83 2.12.3. Zestawienie cen wykonania słupów i poszczególnych ich elementów 84 3. WYNIKI ANALIZ I WNIOSKI 86 3.1. Graficzne zestawienie wyników przeprowadzonych analiz i obliczeń 86 3.2. Wnioski 90 3.2.1. Wniosek generalny 90 3.2.2. Wnioski szczegółowe 90 LITERATURA: 92 Strona 2

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. 1.2. 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] 1.2.1. 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

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

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

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

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Transport suwnicowy w halach Fot. 6: Hangar lotniczy. [W6] 1.3. Transport suwnicowy w halach 1.3.1. 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

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] 1.3.2. 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

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Transport suwnicowy w halach Fot. 7: Przykładowe wciągniki elektryczne linowe jednoszynowe. [W7] 1.3.3. 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

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Transport suwnicowy w halach Fot. 8: Przykładowe suwnice podwieszone jedno- i dwudźwigarowe. [W8] 1.3.4. 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

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Transport suwnicowy w halach Fot. 9: Przykładowe suwnice natorowe jednodźwigarowe. [W9] 1.3.5. 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

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Transport suwnicowy w halach Fot. 10: Przykładowe suwnice natorowe dwudźwigarowe. [W10] 1.3.6. 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

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

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Belki podsuwnicowe Udźwig Wysięg [m] [t] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0,5 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

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Belki podsuwnicowe Fot. 12: Widok pomostów roboczych. 1.4.1. 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. 1.4.2. 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

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] 1.4.3. 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

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

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

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

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

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Słupy podsuwnicowe hal Podstawowymi elementami, z których składa się słup są [3]: trzon słupa, węzeł fundamentowy, węzeł głowicowy. 1.5.1. 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] 1.5.2. 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

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). 1.5.3. 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

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

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Słupy podsuwnicowe hal Rys. 11: Schematy statyczne słupów wspornikowych hal obciążonych suwnicą. [4] 1.5.4. 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

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

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Słupy podsuwnicowe hal Fot. 15: Hala stalowa portalowa dwunawowa z słupami o przekroju (sztywności) liniowo zmiennym. [W16] 1.5.5. 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

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

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

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] 1.5.6. 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

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

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

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

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

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

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Słupy podsuwnicowe hal Długie wsporniki najczęściej stanowią przedłużenie rygli ramy. Pracują podobnie jak elementy zginane lecz należy w obliczeniach uwzględniać specyficzne warunki ich pracy. Wymagają silnego i sztywnego utwierdzenia w podporze, których wpływ na konstrukcję musi się uwzględnić podczas projektowania. Długie wsporniki mogą wywoływać dość duży ujemny moment zginający w sąsiadującym przęśle. [15] Projektując ten typ elementu konstrukcji należy pamiętać [15]: wysokość wsporników powinna być nie mniejsza niż 1/7 ich wysięgu, gdy występują duże siły skupione przekrój na końcu wspornika może być bardziej wytężony niż przekrój przy podporze, pręty strefy rozciąganej muszą być odpowiednio i dobrze zakotwione, gdy za pośrednictwem żeber na wspornik przekazywane są z nich siły skupione konieczne jest stosowanie silnych strzemion. Rys. 25: Przykład konstrukcji długiego wspornika obciążonego dużą siłą skupioną. [15] Fot. 22: Hala żelbetowa z elementami sprężonymi i słupami z długimi wspornikami. [W24] Strona 35

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Słupy podsuwnicowe hal Krótkie wsporniki to takie elementy konstrukcji, w których odległość od punktu przyłożenia siły obciążającej do lica słupa (krawędzi utwierdzenia wspornika) jest mniejsza od całkowitej wysokości wspornika (najczęściej największa wysokość wspornika jest w krawędzi utwierdzenia go w podporze). Ten typ elementu konstrukcji stosowany jest najczęściej w halach przemysłowych, ponieważ przez krótkie wsporniki przekazuje się na słup obciążenia z belek podsuwnicowych, belek stropowych i rygli dachowych (często kratownicowych) w postaci sił pionowych lub pionowych i poziomych (często równocześnie skierowanych w dwóch kierunkach prostopadle i równolegle do płaszczyzny wspornika). W ustrojach nośnych krótkie wsporniki mogą służyć jako dylatacje i ich kształt przyjmuje się jako kwadratowy, prostokątny lub trapezowy. W przypadku kształtu trapezowego kąt nachylenia dolnej krawędzi do poziomu musi być nie większy niż 45ᵒ. Dla prawidłowej pracy krótkiego wspornika istotny jest sposób przyłożenia do niego obciążeń, np. gdy opieramy na nim belki monolityczne to obciążenie najczęściej przekazywane jest wzdłuż całej krawędzi styku belki ze wspornikiem, natomiast w przypadku belek prefabrykowanych obciążenie przekazywane jest na górną krawędź wspornika. [13][15][16] Rys. 26: Przykłady zastosowania krótkich wsporników. [16] Projektując krótkie wsporniki należy pamiętać [15]: przekrój poprzeczny wspornika należy projektować tak, aby siła pionowa działająca na krawędzi wspornika była mniejsza od nośności przekroju, należy przy różnym przyłożeniu sił obciążających wspornik pamiętać aby spełnić warunki zapewniające nośność i bezpieczeństwo elementu poprzez odpowiednie dobranie przekrojów zbrojenia rozciąganego poziomego i ukośnego, jeżeli na wsporniku umieszczone są łożyska styczno-przesuwne belek lub kratownic o prostopadłym kierunku przesuwu do płaszczyzny wspornika, to obliczenia należy wykonać na działanie reakcji pionowej łożyska oraz na zginanie uwzględniając siłę poprzeczną i skręcanie spowodowane siłą poziomą tarcia, w przypadku gdy wsporniki mają stały prostokątny przekrój poprzeczny to konstruuje się strzemiona poziome, natomiast przy zmiennym liniowo przekroju poziome i ukośne, zaleca się aby zbrojenie główne było wykonywane w postaci pętli lub z prętów prostych z przyspawanymi prętami poprzecznymi na końcu wspornika, nie należy zbytnio oszczędzać stali przy projektowaniu i konstruowaniu krótkich wsporników, ponieważ odpowiednie spełnienie warunków dla zapewnienia odpowiedniej przyczepności betonu do prętów zbrojeniowych po wykonaniu elementu i w fazie projektowej jest trudne, nie wolno stosować przerw roboczych w betonowaniu w obrębie krótkich wsporników, Strona 36

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Słupy podsuwnicowe hal na okres zimy zabezpieczyć przed działaniem wody wszystkie wgłębienia we wspornikach (wykonywane np. w celu późniejszego osadzenia śrub kotwiących, służących do późniejszego zamocowania belek podsuwnicowych). Rys. 27: Siły i sposoby przekazywania sił na krótki wspornik. [16] Rys. 28: Przykłady różnego zbrojenia krótkich wsporników przy różnym typie obciążenia. [13] Rys. 29: Zbrojenie słupów jedno- i dwugałęziowych w miejscu oparcia na nich belek podsuwnicowych. [15] 1.5.7. Słupy zespolone Słupy zespolone czyli słupy stalowo-betonowe projektowane są w postaci obetonowanych częściowo lub całkowicie stalowych kształtowników (zazwyczaj walcowanych) lub wypełnionych betonem stalowych elementów, którymi są najczęściej kształtowniki stalowe walcowane na gorąco o przekroju otwartym lub/i zamkniętym. Zaleca się aby przekrój poprzeczny posiadał dwie osie symetrii i był niezmienny (stały) na całej długości słupa. W słupach zespolonych beton znacznie zwiększa sztywność przekroju stalowego i co za tym idzie pozwala na uzyskanie dużej nośności przy małych wymiarach przekroju poprzecznego elementu. [18][19][20] Strona 37

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Słupy podsuwnicowe hal W słupach stalowych obetonowanych stosuje się zbrojenie złożone z prętów podłużnych i strzemion według zaleceń Eurokodu 2 tak jak dla słupów żelbetowych. Otulina słupa stalowego obetonowanego całkowicie musi być większa lub równa 40mm oraz nie mniejsza niż 1/6 szerokości półki kształtownika. [18][19][20] Rys. 30: Typowe przekroje poprzeczne słupów zespolonych. [18] Rys. 31: Konstrukcje słupów zespolonych. [W25] W słupach zespolonych częściowo obetonowanych beton znajdujący się pomiędzy półkami kształtownika walcowanego powinien być trwale połączony z tym elementem stalowym poprzez zastosowanie łączników strzemionowych lub strzemion, które mogą być przyspawane do środnika lub przechodzić przez zrobione w nim otwory. [20] Rys. 32: Przykład zastosowania łączników sworzniowych z łbami w słupach zespolonych wraz oddziaływaniem dodatkowych sił tarcia wywołanych przez nie. [20] Dla słupów zespolonych w postaci rur wypełnionych betonem najczęściej zbrojenie nie jest stosowane ale w niektórych przypadkach może ono jednak być konieczne, np. ze względu na odporność ogniową konstrukcji słupa lub w celu zmniejszenia jego wymiarów przekroju poprzecznego. Można zastąpić zbrojenie tzw. sztywnym rdzeniem przekroju wykonanym z kształtownika stalowego. Słupy rurobetonowe o bisymetrycznym przekroju poprzecznym (posiadającym dwie osie symetrii) doskonale nadają się na elementy osiowo ściskane, przez co takie słupy najlepiej sprawdzają się w układach stężonych. [20] Strona 38

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Słupy podsuwnicowe hal Słupy rurobetonowe są bardzo często stosowane, ponieważ już podczas ich montażu na budowie sam trzon stalowy słupa niewypełniony jeszcze betonem potrafi przenieść obciążenia montażowe z kilku montowanych kondygnacji oraz można dokonać zmiany nośności takiego słupa zespolonego bez konieczności zmiany wymiarów jego przekroju poprzeczne. Do wad elementów rurobetonowych można zaliczyć ich dużą masę w porównaniu do konstrukcji wykonanych ze stali, dużą cenę rur, pracochłonność i trudność w wykonywaniu połączeń oraz problematyczne przekazywanie obciążeń z innych elementów, polegający na tym, że siły nie zawsze są przekazywane przez cały przekrój, co może znacząco wpłynąć na nośność elementu. W słupach zespolonych należy stosować beton o wytrzymałości obliczeniowej nie niższej niż C25/30 oraz nie wyższej od C6075 i LC60/66, stal gatunków od S235 do S460. [19][20] Fot. 23: Przykłady słupów zespolonych i ich połączeń belkami. [W27] Rys. 33: Słupy zespolone ze wspornikami. [W28] Strona 39

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Słupy podsuwnicowe hal Rys. 34: Przykład słupa dwustopniowego zespolonego wraz z przekrojami rurobetonowymi. [21] Zalety elementów rurobetonowych [21]: duża nośność elementów przy niewielkiej powierzchni przekroju poprzecznego, wysoka pojemność cieplna i odporność ogniowa elementów zapewniana przez odpowiednio otulone pręty zbrojenia. Konstruowanie trzonu słupa [21]: dobór średnicy przekroju poprzecznego elementu podobnie jak w słupach żelbetowych ze względów technologicznych, dobór ścianki rury (wg tablic), powierzchnia stali przewidziana do zespolenia z betonem nie może być malowana ani posiadać żadnej rdzy, odpowiednie wykonanie otworów w elemencie w celu odprowadzenia gromadzącej się pary wodnej (po 2 otwory co 5,0m o łącznej powierzchni 6cm 2 ), możliwość zastosowania wewnętrznego zbrojenia podłużnego (nie jest ono wymagane we wszystkich przypadkach), którego moc powinna mieścić się w przedziale 0,3 4,0% oraz powinno być ułożone w formie szkieletu (podobnie jak dla pala). Obliczenia słupów powinny obejmować [19][20]: sprawdzenie nośności elementu z uwzględnieniem niestateczności (wyboczenia), sprawdzenie stateczności miejscowej kształtownika stalowego, sprawdzenie wytrzymałości w miejscu obciążenia i sposobie ich przekazywania, sprawdzenie ścinania pomiędzy stalą a betonowymi częściami słupa. W słupie zespolonym wykonanym z rury okrągłej wypełnionej betonem istnieje możliwość uzyskania większego wzrostu nośności przekroju niż z sumowania nośności stali i betonu [20]: Strona 40

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Ognioodporność elementów konstrukcji gdy płaszcz rury ogranicza odkształcenia betonu (płaszcz i beton wytężone są w wieloosiowym stanie naprężenia), gdy zwiększa się wytrzymałość betonu na ściskanie poprzez boczny docisk; naprężenia zastępcze w płaszczu zostają zwiększone przez radialne rozciąganie poprawiając stateczność elementu. Fot. 24: Konstrukcja nośna budynku z słupów rurobetonowych wraz z ich przykładami. [W26] 1.6. Ognioodporność elementów konstrukcji 1.6.1. Cele zabezpieczania przeciwpożarowego [W29] Głównym i najważniejszym celem zawartym w przepisach dotyczących bezpieczeństwa przeciwpożarowego jest zapewnienie ochrony życia ludzi (osób przebywających w budynku i strażaków), środowiska naturalnego oraz mienia (wartości budynku i zawartości jakie się w nim znajdują). Realizuje się następujące cele poprzez systemy czynnej i biernej ochrony przeciwpożarowej oraz za pomocą wielu środków: zapobieganie i ograniczanie występowania pożarów, poprzez kontrole zagrożeń pożarowych w budynku, wyznaczenie dróg przeciwpożarowych zapewniających bezpieczne opuszczenie budynku przez osoby w nim przebywające, zapobieganie rozprzestrzenianiu się ognia ze strefy pożarowej na inne części budynku oraz sąsiadujące z nim obiekty, zapewnienie wystarczającego okresu czasu do ewakuacji osób przebywających w obiekcie i przeprowadzenia akcji ich ratowania przez straż pożarną w razie konieczności poprzez wcześniejsze (w trakcie projektowania) zapewnienie zachowania stateczności konstrukcyjnej budynku. 1.6.2. Odporność ogniowa budynków i elementów konstrukcyjnych Przepisy krajowe oraz międzynarodowe reguły oceny ognioodporności konstrukcji określają wymagania dotyczące ochrony przeciwpożarowej, które wyrażone są względem takich czynników jak [W29][W30][22]: Rozprzestrzenianie się ognia jest to palność użytych materiałów konstrukcyjnych wyrażona względem czasu, w którym dochodzi do rozgorzenia. Skala klasyfikująca rozprzestrzenianie się Strona 41

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Ognioodporność elementów konstrukcji ognia zaczyna się od A1 (rozgorzenie niemożliwe), a kończy na E (rozgorzenie następujące w czasie krótszym niż 2 minuty) oraz F (rozgorzenie niezbadane). Intensywność dymienia skala klasyfikacji materiałów rozpoczyna się od A2, a kończy na F i jest zależna od ilości dymu powstającego przy spalaniu. Ognioodporność określa się jako czas, w którym dane elementy budynku (nośne lub oddzielające) mogą wytrzymać działanie ognia, nie tracąc swojej funkcji (muszą być spełnione wymagania znormalizowanego badania odporności ogniowej). Pod uwagę bierze się trzy kryteria dotyczące: nośności R (fire résistance), która jest wytrzymałością elementu nośnego na działanie ognia podczas trwania pożaru, bez utraty stateczności konstrukcyjnej; izolacyjności I (fire isolation), która jest zdolnością elementu oddzielającego poddanego działaniu ognia z jednej strony do ograniczenia wzrostu temperatury powierzchni nieosłoniętych poniżej wartości granicznych wynoszących średnio 140ᵒC i maksymalnie 180ᵒC, szczelności E (fire étachéité), która jest zdolnością elementu oddzielającego poddanego działaniu ognia z jednej strony do ograniczenia powstania szczelin o znacznych rozmiarach, w celu zapobieżenia przenikaniu gorących gazów i rozprzestrzenianiu ognia na przyległe pomieszczenia. Aby w budynku został osiągnięty wymagany poziom bezpieczeństwa pożarowego, należy w fazie projektowania uwzględnić takie elementy jak [W30]: wymagania prawne, ściany przeciwpożarowe, rozprzestrzenianie się ognia, drogi ewakuacyjne. W teście ognioodporności lub na podstawie analizie zachowania się konstrukcji w pożarze wyróżniamy trzy stany graniczne (kryteria właściwości) [19]: stan graniczny nośności ogniowej R jest to stan, w którym obciążony element konstrukcyjny, poddany dodatkowo działaniu ognia, przestaje spełniać swoją funkcję nośną, stan graniczny izolacyjności ogniowej I jest to stan, w którym element przestaje spełniać funkcje oddzielające na skutek przekroczenia granicznej wartości temperatury jego powierzchni nienagrzewanej, stan graniczny szczelności ogniowej E jest to stan, w którym element przestaje spełniać funkcje oddzielające na skutek pojawienia się na jego powierzchni nienagrzewanej płomieni lub wystąpienia szczelin przekraczających graniczne wartości rozwartości lub długości. Odporność ogniowa elementów konstrukcyjnych budynku mierzy się jako okres czasu, który upływa od rozgorzenia pożaru do momentu, aż zostanie osiągnięty jeden ze stanów granicznych ogniowych (nośności, izolacyjności, szczelności) wyrażony w minutach. Wymagana odporność ogniowa elementów budynku zależna jest od jego klasy użytkowej, która może wynosić: 15 minut (R15), 30 minut (R30), 60 minut (R60), 120 minut (R120) lub 240 minut (R240). W każdym przypadku powinna być równa co najmniej odpowiednim wartościom obliczeniowego czasu ekspozycji pożarowej, która odpowiada wymaganemu okresowi utrzymania nośności określonemu przez przepisy przeciwpożarowe przyjęte w kraju. Gdy dla wszystkich części ustroju nośnego zostaną Strona 42

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Ognioodporność elementów konstrukcji wyznaczone wymagania ogniowe to można wyznaczyć i przyjąć klasę odporności pożarowej, która będzie przypisana do całego budynku. [22] Wymagania dotyczące odporności pożarowej budynku zależą głównie od jego rodzaju i przeznaczenia. Określone zostały w rozporządzeniu [23], które ustanawia pięć klas odporności pożarowej (OP), oznaczonych od najniższej do najwyższej literami A, B, C, D oraz E. Każdej klasie zostały przyporządkowane określone wymagania odniesione do odporności ogniowej (OO) poszczególnych elementów budowli, wyrażonej w minutach. [19][22] Tab. 11: Wymagania odpowiadające poszczególnym klasom odporności pożarowej budynków, wg [23]. [19] Zgodnie z [23] wydzielone zostały trzy rodzaje budynków: mieszkania, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej, charakteryzowane kategorią zagrożenia ZL, produkcyjne i magazynowe PM, inwentarskie IN. Poszczególnym kategoriom ZL odpowiadają budynki [23]: ZL I zawierające pomieszczenia przeznaczone do jednoczesnego przebywania ponad 50 osób niebędących ich stałymi użytkownikami, a nie przeznaczonych przede wszystkim do użytku ludziom o graniczonej zdolności poruszania się, ZL II przeznaczone przede wszystkim do użytku ludzi o ograniczonej zdolności poruszania się, takie jak szpitalem przedszkola, żłobki, domy dla osób starszych, ZL III użyteczności publicznej nie zakwalifikowane do ZL I i ZL II, ZL IV mieszkalne, ZL V zamieszkania zbiorowego, niezakwalifikowane do ZL I i ZL II. Wymagania klasy odporności pożarowej OP dla budynków charakteryzowanych przez kategorie ZL, zgodnie z rozporządzeniem [23] zależą od ich wysokości i są przedstawione w Tab. 12, zaś wymagania dla budynków PM przedstawione zostały w Tab. 13. Przypisanie klasy OP zależy od maksymalnej gęstości obciążenia ogniowego strefy pożarowej, czyli od rodzaju, ilości i rozmieszczenia potencjalnego paliwa. Ustalenia odnoszące się do budynków inwentarskich IN mają odmienny charakter. [19][22] Strona 43

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Ognioodporność elementów konstrukcji Tab. 12: Wymagane klasy odporności pożarowej (OP) budynków charakteryzowanych przez kategorie ZL, wg [23]. [19] Tab. 13: Wymagane klasy odporności pożarowej (OP) budynków produkcyjnych i magazynowych, wg. [23]. [19] 1.6.3. Modele pożarów Najczęściej stosowane w analizie modele pożarów obliczeniowych zależnych od wcześniej przyjętych scenariuszy pożarowych (możliwości rozgorzenia pożaru) to [22]: pożaru lokalnego, gdy rozgorzenie jest mało prawdopodobne; przyjmuje się w nich nierównomierny rozkład temperatury w funkcji czasu, pożaru strefowego; przyjmuje się równomierny rozkład temperatury w funkcji czasu, odpowiednio dla wewnętrznych i zewnętrznych elementów strefy pożarowej, zaawansowane modele pożaru; uwzględnia się fizyczne właściwości gazu, wymianę masy i energii podczas zachodzenia procesów spalania. Rys. 35: Przykładowe scenariusze pożarowe hali pięcionawowej z trzema strefami pożarowymi. [22] Strona 44

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Ognioodporność elementów konstrukcji Rys. 36: Krzywe temperatura-czas pożaru rzeczywistego, standardowego, węglowego i zewnętrznego. [22] 1.6.4. Metody projektowania Oceniając stan graniczny nośności, analizując kryteria związane z katastrofą konstrukcji lub jej zniszczeniem, zgodnie z Eurokodem należy zapewnić konstrukcji wytrzymałość na oddziaływania od ciężaru własnego, obciążeń klimatycznych, technologicznych i innych oraz pożaru. Budynki jednokondygnacyjne można projektować za pomocą dwóch metod: tradycyjnej lub metody opartej na właściwościach, gdzie zastosowanie mają zasady inżynierii pożarowej. [W29][22] Metoda tradycyjna stosowana jest najczęściej w celu spełnienia standardowych wymagań dotyczących ognioodporności, które są zazwyczaj określone w krajowych przepisach przeciwpożarowych. Dzięki niej można łatwo osiągnąć i wdrożyć poziom bezpieczeństwa konstrukcji. Metoda ta może wymagać zastosowania istotnej biernej ochrony przeciwpożarowej aby zapewnić wymagany poziom ognioodporności. Przy projektowaniu prostych budynków i konstrukcji jest ona bardzo często wykorzystywana. [W29] Metoda oparta na właściwościach umożliwia ocenę odpowiednich środków w celu spełnienia przyjętych określonych celów zabezpieczenia pożarowego oraz odpowiadającym im kryterium właściwości. Możliwość oceny wymaganej ognioodporności dla konstrukcji w celu zapobiegnięcia przedwczesnemu zniszczeniu konstrukcji i/lub rozprzestrzenienia się pożaru na większe obszary, jest możliwa dzięki inżynierii pożarowej elementów konstrukcyjnych. Główną konstrukcję nośną projektuje się w ten sposób aby w warunkach pożaru jej stateczność była zachowana na tyle długo, by osoby przebywające w obrębie danego budynku, w którym wyniknął pożar mogły się ewakuować. Metoda ta dzięki odpowiednim oszacowaniom rzeczywistych obciążeń ogniowych oraz parametrów rozwoju pożaru, obliczanych w oparciu o działalność budynku, uwzględnia intensywność jego oddziaływania. [W29] Metoda oparta na właściwościach daje dużą swobodę w wyborze rozwiązań technicznych spełniających wymogi zabezpieczenia przeciwpożarowego ale wymaga znajomości i użycia zaawansowanych narzędzi projektowych. Inżynieria bezpieczeństwa pożarowego daje możliwość bardzo efektywnego zaprojektowania zabezpieczeń ogniochronnych konstrukcji z niewielką nieprzydzieloną rezerwą nośności, co wymaga bardzo dużego doświadczenia w projektowaniu aby móc korzystać i zastosować skomplikowane modele obliczeniowe. [W29] Strona 45

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Ognioodporność elementów konstrukcji Właściwości pożarowe całej konstrukcji lub jej części są określane przez wykonanie w przypadku danego obliczeniowego scenariusza pożaru trzech kolejnych kroków analitycznoobliczeniowych inżynierii pożarowej konstrukcji [W29][22]: Analiza pożaru. Obliczenie oddziaływań termicznych model pożaru. Analiza termiczna. Określenie szybkości ogrzewania i temperatur elementów konstrukcyjnych model termiczny. Analiza konstrukcyjna. Obliczanie odpowiedzi mechanicznej elementów konstrukcyjnych model konstrukcyjny. Tab. 14: Metody projektowania z uwagi na warunki pożarowe. [W32] Strona 46

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Ognioodporność elementów konstrukcji Tab. 15: Zakres zastosowań różnych metod obliczeniowych. [W29] Rys. 37: Metody projektowe do określania odpowiedzi mechanicznej konstrukcji w warunkach pożaru. [22] Strona 47

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Ognioodporność elementów konstrukcji Rys. 38: Przykład trójwymiarowej analizy globalnej (model 3D) hali stalowej. [22] 1.6.5. Zabezpieczenia ognioochronne konstrukcji stalowych W czasie wystąpienia pożaru konstrukcja budynku jest narażona na działanie temperatur sięgających 1200ᵒC. W temperaturach pożarowych elementy konstrukcji stalowych ulegają znacznemu osłabieniu poprzez obniżenie właściwości wytrzymałościowych stali oraz następuje jednocześnie spadek współczynnika pewności konstrukcji poniżej jedności, już przy temperaturze wahającej się od 400 do 600ᵒC. [2] Fot. 25: Po lewej: widok dachu hali produkcyjno-magazynowej po pożarze, po prawej: przykład zdeformowanej płatwi po pożarze. [22] W ocenie ognioodporności konstrukcji badany jest stan graniczny nośności ogniowej R, w celu określenia punktu granicznego, którego przekroczenie skutkuje na elementach konstrukcji nieodwracalnymi konsekwencjami dotyczącymi bezpieczeństwa (zniszczenia materiału lub przekroczeniu dopuszczalnych wartości odkształceń). Wpływ pożaru na konstrukcje stalowe jest ogromy, poprzez dużą zmianę ich właściwości. Kształtowniki stalowe nieosłonięte i niezabezpieczone ogniochronnie po 10 15 minutach nagrzewania w warunkach pożaru standardowego osiągają temperaturę około 700ᵒC. Następuje wtedy spadek właściwości wytrzymałościowych stali do poziomu 23% ich wytrzymałości w normalnej temperaturze oraz moduł sprężystości podłużnej stali zmniejsza się aż o 83% w stosunku do tego parametru do temperatury normalnej. Te znaczne spadki wytrzymałości prowadzą do utraty nośności elementów konstrukcyjnych. [22] Strona 48

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Ognioodporność elementów konstrukcji Rys. 39: Zmiana właściwości mechanicznych stali w warunkach podwyższonych temperatur. [22] Metoda analityczna podaną w normie EN1993-1-2 pozwala obliczyć nagrzewanie niezabezpieczonych elementów stalowych. Wzrost temperatury jest w tej metodzie zależny od oddziaływań termicznych wyrażonych jako strumienie ciepła netto, właściwości termicznych stali oraz współczynnika przekroju elementu wyrażonego stosunkiem pola powierzchni nieosłoniętej A m [m 2 ] do objętości elementu na jednostkę długości V [m 3 /m], zwanym wskaźnikiem ekspozycji przekroju lub wskaźnikiem masywności przekroju. Stanowi również parametr miary szybkości nagrzewania się stalowego elementu nieosłoniętego. [W29][22] Tab. 16: Definicja współczynnika przekroju A m /V elementu konstrukcyjnego w warunkach pożaru. [W32] Rys. 40: Przykłady wskaźnika ekspozycji nieosłoniętych elementów stalowych. [22] Strona 49

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Ognioodporność elementów konstrukcji Rys. 41: Przykład wskaźników ekspozycji osłoniętych elementów stalowych. [22] Materiały ognioizolacyjne mogą posiadać różną formę układów konturowych, skrzynkowych lub powierzchniowych. Wytwarzane są jako powłoki wykonane z: włókien mineralnych, wermikulitu i cementu, perlitu, wermikulitu (lub perlitu) i cementu, wermikulitu (lub perlitu) i gipsu, wermikulitu (lub perlitu) i cementu, oraz płyt z: włókna krzemianowego, włókna krzemianu wapnia, cementu włóknistego, gipsu, prasowanych włókien krzemianowych i wełny mineralnej. Charakterystyka termiczna materiałów ogniochronnych podawana jest najczęściej przez producentów tych materiałów, poparta przez nich badaniami ogniowymi prowadzonymi w warunkach pożaru standardowego. [22] Często w celu zabezpieczenia mienia znajdującego się wewnątrz budynku jak również samego budynku i jego sąsiedztwa, stosuje się środki zapobiegawcze rozprzestrzenianiu się ognia i temperatury w warunkach pożaru w postaci budowy ścian przeciwpożarowych lub zastosowania innych środków, np. instalacji tryskaczowej [W30]. Fot. 26: Przykład zastosowania ogniochronnych ścian i sufitów ognioodpornych firmy Knauf. [W31] Kryteria porównawcze i określenia podstawowe [12]: Temperatura krytyczna jest to taka temperatura, przy której element traci swoją nośność (osiąga stan graniczny nośności) wynosząca dla podpór 400ᵒC i dla dźwigarów 350ᵒC, zależąca od jakości i gatunku stali, stanu naprężeń w elemencie i rodzaju elementu. Temperaturę krytyczną powinno liczyć się w sposób dokładny dla stalowych elementów nieosłoniętych, gdy niewykorzystane są dopuszczalne naprężenia i ugięcia. Strona 50

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Ognioodporność elementów konstrukcji Krytyczne pole temperatury jest to zakres temperatury, przy którym zostaje osiągnięty stan graniczny nośności. Lekkie izolacje ogniochronne są to izolacje, których gęstość nie przekracza 700 kg/m 3. Ciężkie izolacje ogniochronne są to izolacje, których gęstość jest większa niż 700 kg/m 3. Zastępcza przewodność cieplna oraz zastępcze ciepło właściwe są to współczynniki zależne od temperatury, uwzględniające wpływ ruchu wilgoci i zjawisk fizykochemicznych w danym materiale podczas jego ogrzewania wg znormalizowanej krzywej temperatura-czas. Do najważniejszych parametrów (poza temperaturą krytyczną) wpływających na odporność ogniową, zaliczamy [12]: kształt przekroju elementu stalowego (relacja pomiędzy obwodem a ciężarem), kształt osłony ochronnej (okładziny) przy osłoniętych elementach stalowych, współczynnik przewodności cieplnej i zawartości wody w okładzinach położenie elementu w stosunku do ścian i stropów. Elementy stalowe nieosłonięte są odporne na działanie wysokich temperatur pożarowych tylko przez kilka lub kilkanaście minut i projektuje się je tylko w przypadku występowania mniejszych obciążeń pożarowych. Zastosowanie okładzin gipsowych lub tynku pozwala zwiększyć odporność przeciwpożarową z 70 do 120 minut, przy grubości okładziny z przedziału od 15 do 30 mm [12]. Zabezpieczenia przeciwpożarowe można podzielić na [12]: czynne, np. tryskacze, kurtyny wodne, kurtyny mechaniczne, włączające się automatycznie, gdy temperatura otoczenia przekroczy ustaloną dopuszczalną wartość, bierne, do których zaliczamy środki ratunkowe służące do zlokalizowania pożaru, takie jak: gaśnice, zbiorniki wodne, hydranty itp. oraz otuliny i powłoki konstrukcyjne utrudniające dostęp do ognia. Jako powierzchniowe izolacje ogniochronne stosuje się [9]: powłoki z farb pęczniejących pod wpływem wzrostu temperatury, izolacje natryskowe z włókien mineralnych i lekkich wypełniaczy ze spoiwem nieorganicznym, otynkowanie lub obetonowanie, z użyciem siatek tynkarskich, obudowanie płytami z materiałów niepalnych, obmurowanie cegłą, blokami gipsowymi, betonowymi itp., sufity powieszane. W ochronie biernej przeciwpożarowej konstrukcji stalowych stosowane są materiały termiczne pasywne (niereaktywne), które poddane działaniu wysokich temperatur i ognia nie zmieniają swoich właściwości i reaktywne, charakteryzujące się zmianą właściwości w wyniku działania wysokiej temperatury w trakcie pożaru. Najpopularniejszymi materiałami zabezpieczającymi niereaktywnymi są powłoki natryskowe i płyty, zaś reaktywnymi są przeciwogniowe powłoki pęczniejące. Powłoki przeciwpożarowe nakładane natryskowo są najpowszechniejszymi materiałami zabezpieczającymi elementy konstrukcji przed pożarem. Stosuje się je jako wyroby o warstwie grubej lub cienkiej. [22] Strona 51

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Ognioodporność elementów konstrukcji [22] Powłoki grubowarstwowe są natryskiwane bezpośrednio na konstrukcje stalowe o konsystencji włóknistej lub gęstej pasty. Ich skład najczęściej tworzą: włókna mineralne, wermikulit, żużel lub gips oraz substancja wiążąca (spoiwo) w zależności, od której wyróżnia się powłoki natryskowe na bazie spoiwa: cementowego z wypełniaczami w postaci granulowanej wełny skalnej, kruszywa oraz dodatków, cementowego z wypełniaczem w postaci kruszywa wermikulitowego oraz dodatków, cementowego i gipsowego z wypełniaczem w postaci włókien mineralnych (bez wermikulitu i azbestu) oraz dodatków, spoiwa gipsowego z wypełniaczami w postaci granulowanej wełny skalnej lub wełny mineralnej i kruszywa perlitowego oraz dodatków. Fot. 27: Zabezpieczenie konstrukcji stalowej poprzez natrysk ogniochronny firmy Perlifoc. [W33] Ogniochronna masa charakteryzuje się niską przewodnością cieplną i stabilnością w warunkach wysokich temperatur. Nakładana jest niekiedy kilku warstwowo na konstrukcję stalową w stanie płynnym przy pomocy agregatu natryskowego z transportem pneumatycznym mieszanki. Masa ogniochronna po stwardnieniu i wyschnięciu powinna mieć gęstość z przedziału od 250 do 700 kg/m 3. Zanim masa ogniochronna zostanie nałożona, element konstrukcji powinien zostać odpowiednio wyczyszczony, później zabezpieczony powłokami antykorozyjnymi. Izolacje natryskowe stosowane są głównie jako konturowe (na całym obwodzie zabezpieczanego kształtownika) lub w postaci zamkniętych skrzynek w przypadku przekrojów prętów wielogałęziowych. [22] Masy natryskowe są przygotowywane i nanoszone wg technologii [22]: suchej przygotowana fabrycznie sucha mieszanka jest transportowana pneumatycznie i mieszana z wodą lub ciekłym spoiwem u wylotu końcówki agregatu natryskowego, Strona 52

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Ognioodporność elementów konstrukcji mokrej przygotowana fabrycznie sucha mieszanka jest zarabiana wodą, a jej nanoszenie na elementy stalowe odbywa się mechanicznie za pomocą agregatów pompowo-natryskowych w sposób zbliżony do mechanicznych prac tynkarskich. Masy natryskowe są w stanie zabezpieczyć ogniochronnie stalowe elementy konstrukcyjne w klasach od R15 do R240. Grubość nałożonej masy waha się w przedziale 15 60 mm. Aby izolacja ogniochronna miała zapewnioną odpowiednią trwałość i przyczepność do elementu przed jej nałożeniem stosuje się odpowiednie podkłady lub wykonuje się siatkowanie zabezpieczanych kształtowników. [22] Jako ogniochronne zabezpieczenia płytowe konstrukcji stalowych, poprzez ich obudowanie, stosuje się płyty z wermikulitu, miki, wełny mineralnej, płyt gipsowo-kartonowych, różnego rodzaju płyt na spoiwie gipsowym, cementowym, cementowo-wapiennym ze zbrojeniem rozproszonym najczęściej z włókien szklanych oraz wypełniaczami. Płyty dostępne są w różnych grubościach oraz umożliwiają zabezpieczenie konstrukcji w klasach R30 R120. Mocowane są mechanicznie do konstrukcji stalowej za pomocą śrub, łączników, taśm i kształtowników stalowych lub przyklejane i unieruchamiane kołkami. Należą do droższych rozwiązań ogniochronnych w porównaniu do powłok i mas natryskowych. Charakteryzują się również długim czasem montażu i co za tym idzie zwiększeniem kosztów całej inwestycji. [22] Fot. 28: Zabezpieczenie konstrukcji stalowej płytami izolacyjnymi ogniochronnymi. [W34] [12] Lekkie izolacje ogniochronne o gęstości mniejszej niż 700 kg/m 3, są bardzo często stosowane, ze względu na możliwość ich usztywnienia i wzmocnienia blachą stalową (płaskownikiem) uodparniając je przed uderzeniami. Przy zastosowaniu lekkich materiałów wyróżnić można dwie metody: stykową (profilową), polegającą na pokryciu stalowego elementu konstrukcyjnego, np. warstwą wermikulitu, szczelnie przylegającą do wszystkich powierzchni elementu, chroniąc go przed bezpośrednim działaniem ognia, bezstykową obudowy, polegającą na szczelnym obudowaniu obiektu płytami ognioodpornymi z pozostawieniem wewnętrznej przestrzeni pustej, montowanych bezpośrednio lub na szkielecie z listew drewnianych lub metalowych. Strona 53

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Ognioodporność elementów konstrukcji Rys. 42: Zabezpieczenie ogniochronne elementów stalowych, z lewej: natryskowe, z prawej: za pomocą okładzin płytowych. [9] Rys. 43: Okładziny elementów stalowych z wykorzystaniem siatkowania zapobiegającemu odspojeniu warstwy ogniochronnej. [11] Rys. 44: Przykłady płytowych zabezpieczeń ognioodpornych kształtowników stalowych: 1 - element termoizolacyjny, 2 - łącznik, 3 - kształtownik stalowy. [22] Elementy pionowe w hali, takie jak słupy, można również zabezpieczyć, za pomocą przegród pionowych w postaci ścian murowanych, betonowych lub lekkich ścian warstwowych. To zabezpieczenie stosuje się w celu podziału obiektu na strefy pożarowe. [22] Strona 54

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Ognioodporność elementów konstrukcji Rys. 45: Przykłady rozwiązań ścian przeciwpożarowych w halach. [W29] Fot. 29: Po lewej: samostateczna ściana przeciwpożarowa umieszczona pomiędzy dwoma niezależnymi konstrukcjami stalowymi, po prawej: częściowo zabezpieczona przed ogniem stalowa belka krzyżująca się ze ścianą przeciwpożarową przymocowaną do stalowych słupów. [W29] Innym bardzo często stosowanym zabezpieczeniem ogniochronnym konstrukcji stalowych, w których wymagana jest klasa odporności ogniowej z przedziału R15 R60 są powłoki pęczniejące. Wytwarzają one pod wpływem ciepła warstwę porowatej pianki, która w znacznym stopniu ogranicza dopływ ciepła do stali. [2][22] Strona 55

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Ognioodporność elementów konstrukcji Powłoki ogniochronne pęczniejące nie różnią się wyglądem od konwencjonalnych farb, natomiast składają się one z następujących warstw [2][22]: warstwy gruntującej (podkładowej), pełniącej rolę podkładu antykorozyjnego przystosowującego podłoże zabezpieczanego elementu konstrukcyjnego do możliwie najlepszego połączenia go z farbą zasadniczą; grubość warstwy podkładowej zawiera się w przedziale 40 100 μm; warstwy przeciwogniowej, pełniącej rolę zasadniczej powłoki pęczniejącej o właściwościach ogniochronnych i grubości zawierającej się w przedziale 300 4000 μm; pod wpływem wysokiej temperatury powiększa swoją objętość tworząc porowatą piankę ograniczającą dopływ ciepła do stali; grubość jaką osiąga ta warstwa zamieniając się w piankę zawiera się w przedziale 30 40 mm izolując powierzchnię stali przed oddziaływaniem ognia; spęczniała powłoka ogniochronna pozwala osiągnąć odporność ogniową konstrukcji stalowej dzięki niskiej przewodności cieplnej oraz zmianie objętości poprzez podwyższenie się wskaźnika masywności przekroju elementu chronionego; nawierzchniowej, pełniącej rolę dekoracyjną i nadającą zabezpieczanemu elementowi konstrukcji walorów estetycznych, dostępnej w szerokiej gamie kolorów; chroni również powłokę pęczniejącą przed oddziaływaniem środowiska zewnętrznego w temperaturach normalnych; zapewnia szczelność powłokom ogniochronnym, zapobiegając przenikaniu wilgoci podczas eksploatacji obiektu; grubość warstwy nawierzchniowej zawiera się w przedziale 40 120 μm. Powłoki ogniochronne pęczniejące mogą być nanoszone na element konstrukcyjny ręcznie (wałkiem lub pędzlem) lub technologią natryskową. Na oczyszczoną powierzchnię nakłada się warstwę gruntującą. Po jej wyschnięciu nakłada się co najmniej 2 warstwy ochrony przeciwogniowej o grubości łącznej w stanie zimnym zawierającym się w przedziale 300 4000 μm. Warstwę nawierzchniową nakłada się na warstwę przeciwogniową. Farby pęczniejące nakładane są przed montażem konstrukcji aby zapewnić jak najlepsze krycie całej powierzchni elementu zabezpieczanego. Niewątpliwie dużą zaletą tego typu ochrony przeciwpożarowej jest uzyskanie ładnego i estetycznego wyglądu chronionych elementów konstrukcji. [22] Fot. 30: System zabezpieczenia ogniochronnego FlameSorber farbą pęczniejącą oraz widok elementu stalowego zabezpieczonego farbą pęczniejącą podczas pożaru. [W35] Strona 56

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Ognioodporność elementów konstrukcji 1.6.6. Zabezpieczenia ognioochronne konstrukcji żelbetowych Podczas pożaru temperatura gazów wzrasta w bardzo szybkim tempie po godzinie osiąga prawie 1000ᵒC. Krytyczną temperaturą dla stali i betonu są osiągane już po paru minutach i wynoszą około 500ᵒC. Znacznie wolniej rośnie temperatura zbrojenia, która jest zależna od grubości chroniącej je warstwy betonu (otuliny). Temperatury pożarowe są w stanie wywoływać eksplozyjne odpryskiwanie zewnętrznej warstwy betonu lub/i jego rozłupywanie. Eksplozyjne odpryskiwanie wywołane jest na skutek pojawienia się podwyższonego ciśnienia pary wodnej, wytwarzanej z wody zawartej w betonie. W szczelnym betonie o dużych właściwościach wytrzymałościowych ciśnienie to jest w stanie osiągnąć poziom wywołujący zniszczenie betonu. Zakłada się, że wilgotność betonu nie przekraczająca 3% (wagowo) nie wywołuje odpryskiwania. Jeżeli zaś jest większa należy uwzględnić wpływ odpryskiwania betonu na jego nośność szczególnie w elementach rozciąganych. Pod wpływem wysokiej temperatury maleją w elemencie żelbetowym takie właściwości jak wytrzymałość na ściskanie oraz granica plastyczności zbrojenia. Wytrzymałość betonu zwykłego wytworzonego na kruszywie krzemianowym w temp. 500ᵒC wynosi około 60%, a w temp. 700ᵒC już tylko 30% wytrzymałości w temperaturze normalnej. Beton na kruszywie wapiennym traci wolniej wytrzymałość niż beton wytworzony na kruszywie krzemianowym. Zastosowanie kruszywa wapiennego pozwala zmniejszyć wymiary nawet o 10%, które są wymagane w przypadku użycia betonu na kruszywie krzemianowym. Kształt wykresu zależności naprężenie-odkształcenie stali zbrojeniowej zostaje zmieniony przez wysoką temperaturę pożarową. Należy zatem rozróżniać zależne od temperatury granice proporcjonalności i plastyczności, inaczej niż to było w temperaturze normalnej. W zależności od tego czy stal jest wytworzona na gorąco poprzez walcowanie lub przez obróbkę na zimno, zależą od tego granice proporcjonalności i plastyczności zbrojenia w warunkach podwyższonej temperatury. W temperaturze 500ᵒC granica plastyczności stali walcowanej wynosi około 75%, a granica proporcjonalności około 40% granicy plastyczności w warunkach normalnej temperatury. W temperaturze 500ᵒC granica plastyczności stali wynosi już tylko około 45% normalnej. Stal sprężająca jest znacznie bardziej wrażliwa niż stal zwykła na działanie wysokiej temperatury. [14][24] Podstawą projektu może być [14][24]: globalna analiza modelu całej konstrukcji, polegająca na wyznaczeniu rozkładu temperatury w warunkach pożarowych i rozkładu sił wewnętrznych z uwzględnieniem wpływu temperatury na właściwości materiałów, co pozwala stwierdzić czy konstrukcja ma wystarczającą nośność i czy spełnia inne wymagania; w tej analizie pod uwagę bierze się cały ustrój; uwzględnia się pośrednie oddziaływania pożaru, jakimi są: wpływ zmian sztywności i wytrzymałości na rozkład sił wewnętrznych, rozpatrując wpływ deformacji termicznych na siły wewnętrzne i sztywność elementów konstrukcji; sprawdzenie nośności przekroju lub wymiarowanie wykonuje się uwzględniając pogorszone cechy właściwości stali i betonu; analiza modeli części konstrukcji, bierze się pod uwagę tylko w wydzielonej części konstrukcji pośrednie oddziaływania pożaru; analiza ta jest realistyczna tylko wtedy, gdy oddziaływania innych części można trafnie przybliżyć, poprzez zastosowanie np. odpowiedni dobór warunków brzegowych i reakcji; Strona 57

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Ognioodporność elementów konstrukcji analiza modeli elementów wydzielonych z konstrukcji, elementy te są traktowane i rozpatrywane jako wyizolowane z konstrukcji; wykonując obliczenia dla takiego elementu w uproszczeniu za efekty oddziaływań przyjmuje się efekty wyznaczone dla temperatury normalnej; przyjmuje się również, że warunki brzegowe na skutek pożaru nie zmieniają się. Wymagania dotyczące pożaru parametrycznego oraz informacje dotyczące wymaganego czasu przetrwania konstrukcji są takie same jak dla konstrukcji wykonanych ze stali. Informacje na ich temat są zawarte również w obowiązujących normach (Eurokodach) oraz rozporządzeniu [23]. Do projektowania elementów żelbetowych w warunkach pożarowych używa się najczęściej metody zawartej w Eurokodzie 2, ze względu na jej prostotę. W tablicach określone zostały minimalne wymiary elementów i minimalna odległość zbrojenia od nagrzewanej powierzchni betonu, oznaczona literą a. Ze względu na przyjęte kryteria nośności, izolacyjności i szczelności, wytężenie elementu oraz schemat statyczny wyznacza się potrzebne wymiary. Mniejsze wymiary i wartości a niż ustroje statycznie wyznaczalne mogą mieć ustroje zdolne do redystrybucji sił w czasie pożaru. Tablice i dane w nich zawarte stosuje się do betonu zwykłego klasy nie wyższej niż C50/60 z kruszywem krzemianowym, zaś w innym przypadku, dla wyższych klas betonu, stosowane są odrębne przepisy. Minimalne wymiary elementów konstrukcyjnych można zmniejszyć o 10% jeśli zastosowany został beton z kruszywem lekkim lub wapiennym. Projektując element za pomocą tablic nie ma potrzeby późniejszego sprawdzania długości zakotwienia i wykonywania obliczeń na ścinanie lub skręcanie, przyjęte są również w nich założenia konserwatywne i oparte są na standardowej krzywej temperatura-czas, dzięki czemu wykonując dokładniejszą analizę można dojść do korzystniejszych wyników (mniejszych wartości a lub mniejszych minimalnych wymiarów). [14][24] Rys. 46: Definicje poszczególnych odległości w przekrojach. [14] Słupy żelbetowe projektuje się dwoma metodami, które dotyczą słupów usztywnionych przez inne elementy [14][24]: Metoda A stosowana tylko do słupów z bardzo małym mimośrodem; zastosowanie tej metody wymaga spełnienia następujących warunków: długość efektywna słupa w warunkach pożaru nie może przekroczyć 3,0m, mimośrody obliczone wg teorii pierwszego rzędu w warunkach pożaru muszą spełniać odpowiednie warunki, pole przekroju zbrojenia nie może przekraczać 4% pola przekroju betonu. Strona 58

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Ognioodporność elementów konstrukcji Tab. 17: Słupy o przekroju prostokątnym lub kołowym minimalne wymiary b min i wartości a, projektowanie metodą A wg Eurokodu. [14] Metoda B stosowana do słupów nie spełniających warunków metody A i zachowujących odpowiednie wymagania dotyczące smukłości i mimośrodu. Tab. 18: Słupy o przekroju prostokątnym lub kołowym minimalne wymiary b min i wartości a, projektowane metodą B wg Eurokodu. [14] Strona 59

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Ognioodporność elementów konstrukcji Można również projektować konstrukcje żelbetowe przy pomocy metody izotermy 500, która polega na założeniu, że te części strefy ściskanej elementu konstrukcji, w których temperatura w czasie pożaru przekracza 500ᵒC, nie bierze się pod uwagę i pomija przy obliczeniach poprzez ich znacznie zmniejszoną nośność (przyjmuje się, że beton w tych częściach konstrukcji ma zerową wytrzymałość). Metoda ta polega na wyznaczeniu izotermy 500ᵒC, odrzuceniu części betonu znajdującego się na zewnątrz tej izotermy i określeniu wymiarów przekroju. Następnie oblicza się temperatury prętów zbrojenia i graniczne naprężenia w warunkach pożaru. Obliczenia kończy się wyznaczeniem nośności granicznej przekroju. [14] Rys. 47: Obliczanie przekroju w przypadku zginania: element o przekroju kwadratowym 300x300 mm, nagrzewany ze wszystkich stron, izotermy po 90 minutach pożaru. [14] Fot. 31: Zabezpieczenie starych elementów żelbetowych obiektów budowlanych nie spełniających wymagań przeciwpożarowych w obowiązujących przepisach, poprzez podwieszenie okładziny z płyt PROMATECT (np. REI 60) lub przez zastosowanie natrysku ogniochronnego PROMASPRAY firmy Promat TOP. [W36] Strona 60

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Ognioodporność elementów konstrukcji 1.6.7. Zabezpieczenia ognioochronne konstrukcji zespolonych stalowo-betonowych Konstrukcje zespolone zabezpiecza się przed działaniem ognia i wysokich temperatur pożarowych podobnie jak konstrukcje żelbetowe czy stalowe, również analizy, klasyfikacje i wymagania dotyczące pożaru są takie same. Tab. 19: Rodzaje konstrukcji zespolonych, dla których zastosować można metody obliczeniowe korzystające z danych tabelarycznych. [25] Tab. 20: Przykłady konstrukcji, przy analizie których stosuje się proste modele obliczeniowe (PN-EN 1994-1- 2:2008). [25] Graniczne obciążenia dla słupów zespolonych w temperaturze normalnej i pożarowej z krzywą standardową ISO, można w łatwy sposób policzyć dzięki programowi komputerowemu AFCC (Composite Column Fire Design). Opiera się on na metodologii obliczeń zawartych w EC. [25] Strona 61

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Ognioodporność elementów konstrukcji Tab. 21: Odporność ogniowa w minutach dla różnych postaci konstrukcji zespolonych. [25] Tabele obliczeniowe elementów zespolonych zawartych w normie PN-EN 1994-1-2 mają zastosowanie tylko w przypadku elementów stalowo-betonowych, tj. belek zespolonych z częściową lub całkowitą osłoną betonową belki stalowej, słupów zespolonych z kształtownikami częściowo lub całkowicie pokrytymi betonem, słupów zespolonych z prostokątnymi lub okrągłym i stalowymi kształtownikami zamkniętymi wypełnionymi betonem. Tabele wykorzystują wartości predefiniowane, które opierają się głównie na badaniach ogniowych, potwierdzonych badaniami analitycznymi. Można dzięki tym tabelą szybko uzyskać wymiary elementów, tj. minimalne wymiary przekroju poprzecznego elementu, wymaganą powierzchnię stali zbrojeniowej oraz jej minimalne wartości otuliny betonem. Wszystkie te wyniki podawane są w funkcji poziomu obciążenia dla ujednoliconych standardowych okresów ognioodporności. Obliczenia dzięki tej metodzie obliczeń tabelarycznych wykonuje się bardzo szybko, jednak wyniki otrzymywane dzięki niej są zachowawcze w stosunku do innych modeli obliczeniowych. Metoda powinna być stosowana tylko do wstępnego zaprojektowania obiektu. [W29] Strona 62

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Ognioodporność elementów konstrukcji Tab. 22: Minimalne wymiary przekrojów, minimalne odległości osiowe i minimalne stopnie zbrojenia dla słupów zespolonych wykonanych z częściowo obetonowanych profili stalowych (PN-EN 1994-1- 2:2008). Tab. 23: Minimalne wymiary przekrojów, minimalne stopnie zbrojenia i minimalne odległości osiowe prętów zbrojenia dla słupów zespolonych wykonanych z profili zamkniętych wypełnionych betonem (PN-EN 1994-1- 2:2008). Strona 63

CZĘŚĆ TEORETYCZNA Ognioodporność elementów konstrukcji Tab. 24: Minimalne wymiary przekrojów, minimalne otuliny profili stalowych i minimalne odległości osiowe prętów zbrojeniowych dla słupów zespolonych z całkowicie obetonowanych profili stalowych (PN-EN 1994-1-2:2008). Tab. 25: Minimalna otulina betonowa przekrojów stalowych z betonem pełniącym funkcję zabezpieczenia ogniochronnego (PN-EN 1994-1-2:2008). Strona 64

CZĘŚĆ ANALITYCZNA Założenia projektowe 2. CZĘŚĆ ANALITYCZNA 2.1. Założenia projektowe 2.1.1. Przyjęcie rodzajów słupów do optymalizacji W niniejszej pracy do przeprowadzenia optymalizacji słupów podsuwnicowych hal zostały wzięte pod uwagę następujące rodzaje słupów, ze względu na materiał i konstrukcję ich wykonania: Słupy stalowe: walcowane z krótkim wspornikiem stalowym, pełnościenne, skratowane. Słupy żelbetowe: prostokątne z krótkim wspornikiem żelbetowym. Słupy zespolone: w pełni obetonowane z rdzeniem stalowym dwuteowym i krótkim wspornikiem żelbetowym, częściowo obetonowane z rdzeniem stalowym dwuteowym z krótkim wspornikiem stalowym. 2.1.2. Założenia obliczeniowe Obliczenia statyczne zostały wykonane w analizie nieliniowej II rzędu z uwzględnieniem efektu P-Δ oraz wstępnych imperfekcji przechyłowych konstrukcji w formie przyłożonych poziomych sił węzłowych wynoszących 1/100 wartości działającej siły pionowej. W większości obliczeń przyjęto schemat statyczny 2 słupa wspornikowego zamocowanego jednostronnie (dołem) w fundamencie z drugim (górnym) końcem swobodnym. Dla słupów stalowych pełnościennych i skratowanych do obliczeń oddzielona została część górna od części dolnej podsuwnicowej słupa (schemat statyczny 1), ponieważ nie występują w tych przypadkach krótkie wsporniki, a schematy statyczne obu części przyjęto jako wspornikowe. Ciężar własny konstrukcji pominięto. Długości wyboczeniowe przyjęto równe długościom rzeczywistym. Rys. 48: Schematy statyczne słupów wykorzystanych do obliczeń. Strona 65

CZĘŚĆ ANALITYCZNA Założenia projektowe Przyjęto, że siły działają w osi słupa lub w osiach jego pasów (zewnętrznego i wewnętrznego podsuwnicowego) dotyczy słupa stalowego pełnościennego i skratowanego. W schemacie statycznym 1 dolną część podsuwnicową słupa obciążono siłą osiową przenoszoną przez górną jego część oraz dodatkowo momentem zginającym wywołanym przez uwzględnione wstępne imperfekcje przechyłowe. Wszystkie obciążenia w obliczeniach zostały sprowadzone do osi. Każdy przypadek obliczeniowy rozpatrywanego słupa podsuwnicowego został obliczony kilkukrotnie. Za każdym razem siły od oddziaływań suwnicy zostały powiększane, a przekroje poprzeczne słupa dobierane tak, aby słup był wytężony w maksymalny dopuszczalny sposób z jednoczesnym uwzględnieniem dopuszczalnego ugięcia zarówno części środkowej słupa węzła, na który oddziałują siły od suwnicy, oraz najwyższego punktu jego trzonu miejsca połączenia słupa z dźwigarem hali. Obciążenia działające na słup podsuwnicowy zostały zestawione w tabeli poniżej dla 5 przypadków. Działająca siła Numer przypadku obciążenia [kn] 1 2 3 4 5 150,0 300,0 450,0 600,0 750,0 0,01 1,5 3,0 4,5 6,0 7,5 = 0,2 30,0 60,0 90,0 120,0 150,0 150,0 0,01 1,5 Tab. 26: Tabelaryczne zestawienie obciążeń działających na słupy podsuwnicowe. Dla słupów podsuwnicowych przyjęto następujące założenia projektowe: Stal konstrukcyjna: S355 Stal zbrojeniowa: B500 Beton klasy: C30/37 Klasa konstrukcji: S4 Klasa ekspozycji: XC3 Sytuacja obliczeniowa: trwała i przejściowa Odporność ogniowa: R120 Przemieszczenia opisane w tabelach zestawczych słupów są podawane w globalnym układzie współrzędnych, w którym oś pionowa Z przecina się z osią poziomą X oraz odczytywane są w punkcie przyłożenia sił od oddziaływań suwnicy dopuszczalnym przemieszczeniem poziomym jest wartość 2,13 cm, obliczona z warunku h /400, gdzie h oznacza wysokość słupa w części podsuwnicowej. Wszystkie ugięcia poziome części nadsuwnicowej słupów spełniają warunek h/150, gdzie h oznacza całkowitą wysokość słupa. Ich wartości nie są podane w tabelach, ponieważ w każdym przypadku dopuszczalny warunek przemieszczenia najwyższego punktu trzonu słupa został spełniony. Obliczenia statyczno-wytrzymałościowe oraz dobranie połączeń stalowych zostało wykonane za pomocą programu Autodesk Robot Structural Analysis Professional 2013 i 2015, natomiast wymiarowanie słupów i ich elementów zostało wykonane przy użyciu własnych arkuszy obliczeniowych stworzonych przy pomocy programu Microsoft Excel 2010. Strona 66

CZĘŚĆ ANALITYCZNA Założenia projektowe 2.1.3. Założenia dotyczące spoin Spoiny w słupach stalowych walcowanych, pełnościennych, skratowanych i zespolonych częściowo obetonowanych jeśli nie podano inaczej należy wykonać według poniższych warunków konstrukcyjnych: spoiny wykonać na całej długości przylegania elementów, spoiny czołowe wykonać na pełen przetop (100% nośności zgodnie z PN-EN 1993 ), grubość spoin pachwinowych jednostronnych dobrać z warunku: 0,7, ń ą ęść %&' hą 0,2, (' ą ęść %&' hą &.2,5&& grubość spoin pachwinowych dwustronnych dobrać z warunku: 0,5, ń ą ęść %&' hą * &.2,5&& Parametry spawania należy dobrać według zaleceń technologia. 2.1.4. Założenia dotyczące zabezpieczenia antykorozyjnego elementów stalowych Aby w prawidłowy sposób zabezpieczyć konstrukcję słupów stalowych przed korozją należy zastosować zestaw farb epoksydowo-poliuretanowych LANGFIRZER w następującej kolejności: 1) farba epoksydowa do gruntowanie SF30 100 μm (kolor jasny), 2) emalia poliuretanowa SF13 60 μm (kolor według projektu architektury). 2.1.5. Założenia dotyczące zabezpieczenia przeciwpożarowego słupów Wszystkie słupy podsuwnicowe są zaprojektowane zgodnie z wytycznymi i warunkami przeciwpożarowymi zawartymi w obowiązujących normach projektowych - Eurokodach. Słupy żelbetowe prostokątne oraz zespolone w pełni obetonowane nie wymagają dodatkowego zabezpieczenia ogniochronnego. Do pozostałych przypadków należy zastosować poniżej opisane systemy zabezpieczenia przeciwpożarowego. System THERMOSPRAY Ex: Zabezpieczenie przeciwpożarowe stalowych elementów konstrukcji należy wykonać z masy ogniochronnej THERMOSPRAY Ex przygotowywanej w miejscu zastosowania przez mechaniczne połączenie niepalnego granulatu z wełny mineralnej skalnej ze spoiwem składającym się z cementu portlandzkiego, wypełniaczy mineralnych i wody zarobowej. Należy zastosować również preparat gruntujący StoPrim Silikat i elewacyjną farbę silikatową StoSil Color. W tym systemie masa ogniochronna natryskiwana jest pod ciśnieniem bezpośrednio na odpowiednio przygotowane podłoże stalowe lub żelbetowe. Po wyschnięciu izolacja ma kolor kremowo-szary i fakturę baranka. Powierzchnie stalowe konstrukcji przed przystąpieniem do natryskiwania warstwy ogniochronnej powinny być zabezpieczone antykorozyjnymi farbami epoksydowymi utwardzanymi adduktami poliaminowymi. Grubość warstwy antykorozyjnej po wyschnięciu powinna wynosić minimum 60 μm. Uprzednio przed nałożeniem masy ogniochronnej podkład antykorozyjny należy zagruntować wodnym preparatem gruntującym StoPrim Silikat lub innym podobnym. Izolację ogniochronną Strona 67

CZĘŚĆ ANALITYCZNA Weryfikacja słupów stalowych walcowanych THERMOSPRAY Ex należy pokryć powłoką wykonaną z nawierzchniowej, elewacyjnej farby silikatowej StoSil Color lub innej podobnej. [W37] System Sika: W przypadku słupów zespolonych częściowo obetonowanych należy wykorzystać dla lepszego zabezpieczenia odkrytych elementów stalowych (półek) przed wysoką temperaturą w warunkach pożaru farbą pęczniejącą Sika Unitherm Steel S. W tym systemie ogniochronnym w pierwszej kolejności pokrywa się powierzchnię stalową warstwą farby antykorozyjnej epoksydowej dwuskładnikowej SikaCor EG Phosphat, której grubość po wyschnięciu powinna wynosić co najmniej 60 μm. Kolejno należy położyć warstwę ogniochronną Sika Unitherm S, której grubość dobiera się z tabel producenta zależnie od obwodu i pola przekroju zabezpieczanego profilu stalowego. Następnie wykonuje się warstwę nawierzchniową za pomocą jednoskładnikowej farby poliwinylowo-akrylowej Sika Unitherm 7854, której grubość powinna wynosić minimum 60 μm. [W38] Grubość warstw zabezpieczeń przeciwpożarowych należy dobrać z tabel producenta [W37] dla masy ogniochronnej THERMOSPRAY Ex i tabel z [W38] dla farby pęczniejącej SikaCor EG Phosphat dla przyjętej temperatury krytycznej wynoszącej 500 C. 2.2. Weryfikacja słupów stalowych walcowanych 2.2.1. Schemat słupa Rys. 49: Schemat konstrukcji słupa stalowego walcowanego z krótkim wspornikiem stalowym. 2.2.2. Zestawienie elementów konstrukcyjnych Przyp. obc. 1 2 3, 4, 5 Weryf. część Profil Ciężar [kg/m] Obwód [m] Pole przekr. [cm 2 ] Przem. UX [cm] Przem. UZ [cm] Wytężenie przekr. Słup HEB 800 262,285 2,71 334,00 0,16 1,67 0,04 Wspornik HEB 200 61,331 1,15 78,10 0,79 Słup HEB 1000 314,113 3,11 400,00 0,22 1,89 0,05 Wspornik HEB 240 83,240 1,38 106,00 0,96 Słup - - - - - - - Wspornik - - - - - Maksymalne siły w podporze słupa FX MY [kn] [knm] 299,9403 436,2092 450,8618 887,2838 - - Tab. 27: Tabela zestawcza elementów konstrukcyjnych słupa stalowego walcowanego z krótkim wspornikiem stalowym bez uwzględnienia ich połączenia. Strona 68

CZĘŚĆ ANALITYCZNA Weryfikacja słupów stalowych pełnościennych Obliczenia dla przypadku 3, 4 i 5 nie zostały wykonane, ponieważ wymagane było użycie profilu stalowego walcowanego większego niż HEB 1000, które nie są produkowane. 2.2.3. Zabezpieczenie przeciwpożarowe Przypadek U/A [m -1 ] Grubość izolacji Powierzchnia izolacji Profil obciążenia (obwód/pole przekroju) [mm] [m 2 /mb] 1 HEB 800 81,14 30,0 2,71 2 HEB 1000 77,75 26,0 3,11 Tab. 28: Tabelaryczne zestawienie minimalnej grubości izolacji p-poż. w zależności od wskaźnika U/A i temperatury krytycznej 500 C dla poszczególnych profili słupów. 2.3. Weryfikacja słupów stalowych pełnościennych 2.3.1. Schemat słupa Rys. 50: Schemat konstrukcji słupa stalowego skratowanego. 2.3.2. Zestawienie elementów konstrukcyjnych Przyp. obc. Weryf. część Profil Ciężar [kg/m] Obwód [m] Pole przekr. [cm 2 ] Przem. UX [cm] Wytężenie przekr. Cz. górna 2CE 220 41,934 0,768 53,40 0,53 0,17 Maksymalne siły w podporze słupa FX [kn] MY [knm] 1 Pas zewn. CE 220 20,967 0,789 26,70 Pas pods. IPE 220 26,228 0,848 33,40 0,88 0,88 299,9967 269,6323 Środnik bl. 1159x12 109,217 2,342 139,04 Cz. górna 2CE 270 55,284 0,920 70,40 0,27 0,11 2 Pas zewn. CE 270 27,642 0,943 35,20 Pas pods. IPE 270 36,045 1,041 45,90 1,49 0,92 449,9987 615,7672 Środnik bl. 1148x12 108,181 2,320 137,75 Cz. górna 2CE 300 63,608 1,000 81,00 0,21 0,09 3 Pas zewn. CE 300 31,804 1,025 40,50 Pas pods. IPE 300 42,248 1,159 53,80 1,96 1,00 599,9990 962,4763 Środnik bl. 1140x14 125,331 2,308 159,61 Strona 69

CZĘŚĆ ANALITYCZNA Weryfikacja słupów stalowych pełnościennych Cz. górna 2CE 360 83,868 1,160 106,80 0,13 0,07 4 Pas zewn. CE 360 41,934 1,189 53,40 Pas pods. IPE 360 57,090 1,353 72,70 2,11 0,81 749,9990 1303,7060 Środnik bl. 1130x16 141,979 2,292 180,80 Cz. górna 2CE 400 96,590 1,260 123,00 0,10 0,06 5 Pas zewn. CE 400 48,295 1,291 61,50 Pas pods. IPE 400 66,356 1,467 84,50 2,12 0,77 899,9996 1652,3881 Środnik bl. 1125x23 203,192 2,296 258,80 Tab. 29: Tabela zestawcza elementów konstrukcyjnych słupów stalowych pełnościennych. W rozpatrywanych przypadkach słupa pełnościennego jego część górna (zewnętrzna) jest konstruowana jako przedłużenie profilu ceowego z części dolnej (zewnętrznej) i dołożeniu dla wzmocnienia elementu konstrukcji drugiego takiego samego profilu, tworzących razem podwójny profil ceowy zamknięty wykonany z ceowników ekonomicznych zespawanych ze sobą półkami. Spoiny należy dobrać z warunków konstrukcyjnych dla spoin. 2.3.3. Zabezpieczenie przeciwpożarowe Przyp. obc. Weryfikowana część Profil U/A [m -1 ] (obwód/pole przekroju) Gr. izolacji [mm] Przyjęta gr. izolacji dla całego słupa [mm] Powierzchnia izolacji [m 2 /mb] Cz. górna 2CE 220 143,82 47,0 0,768 1 Pas zewn. CE 220 295,51 45,0 Pas pods. IPE 220 253,89 44,0 47,0 3,979 Środnik bl. 1159x12 168,44 39,0 Cz. górna 2CE 270 130,68 45,0 0,920 2 Pas zewn. CE 270 267,90 44,0 Pas pods. IPE 270 226,80 43,0 45,0 4,304 Środnik bl. 1148x12 168,42 39,0 Cz. górna 2CE 300 123,46 45,0 1,000 3 Pas zewn. CE 300 253,09 44,0 Pas pods. IPE 300 215,43 42,0 45,0 4,492 Środnik bl. 1140x14 144,60 38,0 Cz. górna 2CE 360 108,61 43,0 1,160 4 Pas zewn. CE 360 222,66 43,0 Pas pods. IPE 360 186,11 41,0 43,0 4,834 Środnik bl. 1130x16 126,77 36,0 5 Cz. górna 2CE 400 102,44 43,0 43,0 1,260 Strona 70

CZĘŚĆ ANALITYCZNA Weryfikacja słupów stalowych skratowanych Pas zewn. CE 400 209,92 42,0 Pas pods. IPE 400 173,61 39,0 5,054 Środnik bl. 1125x23 88,72 30,0 Tab. 30: Tabelaryczne zestawienie minimalnej grubości izolacji p-poż. w zależności od wskaźnika U/A i temperatury krytycznej 500 C dla poszczególnych części i profili słupów. Wymagana minimalna grubość warstwy ogniochronnej dla całego słupa została przyjęta jako największa wartość z wyznaczonych grubości warstw dla poszczególnych części słupa. 2.4. Weryfikacja słupów stalowych skratowanych 2.4.1. Schemat słupa Rys. 51: Schemat konstrukcji słupa stalowego skratowanego. 2.4.2. Zestawienie elementów konstrukcyjnych Przyp. obc. 1 2 3 4 Weryf. część Profil Ciężar [kg/m] Obwód [m] Pole przekr. [cm 2 ] Przem. UX [cm] Wytężenie przekr. Cz. górna HEAA 180 28,686 1,018 36,53 2,33 0,53 Pasy HEAA 180 28,686 1,018 36,53 0,88 Słupki LR 60x8 7,091 0,233 9,03 1,17 0,92 Krzyżulce LR 75x8 8,952 0,292 11,40 0,93 Cz. górna HEAA 220 40,411 1,247 51,46 0,84 0,26 Pasy HEAA 220 40,411 1,247 51,46 0,91 Słupki LR 90x8 10,915 0,351 13,90 1,66 0,96 Krzyżulce LR 100x8 12,172 0,390 15,50 0,89 Cz. górna HEAA 260 54,946 1,474 69,97 0,41 0,16 Pasy HEAA 260 54,946 1,474 69,97 0,79 Słupki LR 100x12 17,826 0,390 22,70 1,83 0,87 Krzyżulce LR 120x10 18,219 0,469 23,20 0,96 Cz. górna HEAA 300 69,820 1,705 88,91 0,23 0,11 Pasy HEAA 300 69,820 1,705 88,91 1,92 0,72 Maksymalne siły w podporze słupa FX [kn] MY [knm] 299,9881 276,4971 449,9960 632,0071 599,9977 989,1136 749,9989 1346,5947 Strona 71

CZĘŚĆ ANALITYCZNA Weryfikacja słupów stalowych skratowanych Słupki LR 120x12 21,595 0,469 27,50 0,90 Krzyżulce LR 130x12 23,559 0,508 30,00 0,95 Cz. górna HEAA 340 78,921 1,777 100,50 0,21 0,10 5 Pasy HEAA 340 78,921 1,777 100,50 0,73 Słupki LR 150x10 23,009 0,586 29,30 2,12 0,99 899,9990 1704,3130 Krzyżulce LR 150x12 27,328 0,586 34,80 0,93 Tab. 31: Tabela zestawcza elementów konstrukcyjnych słupów stalowych skratowanych. Słup stalowy skratowany został zaprojektowany z wykratowaniem typu N. Część górna słupa stanowi przedłużenie jego części dolnej zewnętrznej. Pasy wykonane są z takich samych profili stalowych walcowanych. Wartości w tabeli podane dla pasów, słupków i krzyżulców słupa skratowanego dotyczą tylko jednej sztuki. Słupki i krzyżulce należy przyspawać do pasów z warunków konstrukcyjnych dla spoin. 2.4.3. Zabezpieczenie przeciwpożarowe Przyp. obc. Weryfikowana część Profil U/A [m -1 ] (obwód/pole przekroju) Gr. izolacji [mm] Przyjęta gr. izolacji dla całego słupa [mm] Powierzchnia izolacji [m 2 /mb] Cz. górna HEAA 180 278,68 44,0 1,018 1 Pasy HEAA 180 278,68 44,0 Słupki LR 60x8 258,03 44,0 44,0 3,086 Krzyżulce LR 75x8 256,14 44,0 Cz. górna HEAA 220 242,32 44,0 1,247 2 Pasy HEAA 220 242,32 44,0 Słupki LR 90x8 252,52 44,0 44,0 3,976 Krzyżulce LR 100x8 251,61 44,0 Cz. górna HEAA 260 210,66 42,0 1,474 3 Pasy HEAA 260 210,66 42,0 Słupki LR 100x12 171,81 39,0 42,0 4,666 Krzyżulce LR 120x10 202,16 42,0 Cz. górna HEAA 300 191,77 41,0 1,705 4 Pasy HEAA 300 191,77 41,0 Słupki LR 120x12 170,55 39,0 41,0 5,364 Krzyżulce LR 130x12 169,33 39,0 Cz. górna HEAA 340 176,82 39,0 1,777 5 Pasy HEAA 340 176,82 39,0 Słupki LR 150x10 200,00 41,0 41,0 5,898 Strona 72

CZĘŚĆ ANALITYCZNA Weryfikacja słupów żelbetowych prostokątnych Krzyżulce LR 150x12 168,39 38,0 Tab. 32: Tabelaryczne zestawienie minimalnej grubości izolacji p-poż. w zależności od wskaźnika U/A i temperatury krytycznej 500 C dla poszczególnych części i profili słupów. W tabeli dla powierzchni izolacji przyjęto w przybliżeniu, że na 1,0 mb słupa występują 2 słupki, 2 krzyżulce oraz 2 pasy. Wymagana minimalna grubość warstwy ogniochronnej dla całego słupa została przyjęta jako największa wartość z wyznaczonych grubości warstw dla poszczególnych części słupa. 2.5. Weryfikacja słupów żelbetowych prostokątnych 2.5.1. Schemat słupa Rys. 52: Schemat konstrukcji słupa żelbetowego prostokątnego. 2.5.2. Zestawienie elementów konstrukcyjnych Przyp. obc. Wymiary przekroju [mm] 1 400x850 2 500x1000 3 550x1100 4 600x1200 5 650x1250 A s1 (zew.) [cm 2 ] 9#16 [18,10] 8#22 [30,41] 8#25 [39,27] 8#28 [49,26] 10#28 [61,58] Zbrojenie A s2 (wew.) [cm 2 ] 4#14 [6,16] 6#14 [9,24] 5#20 [15,71] 6#20 [18,85] 6#22 [22,81] Stopień zbrojenia ρ [%] 0,71 0,79 0,91 0,95 1,04 Średnica i rozstaw strzemion Ø8 co 280 mm Ø8 co 280 mm Ø8 co 400 mm Ø8 co 400 mm Ø8 co 400 mm Tab. 33: Tabela zestawcza słupów żelbetowych prostokątnych. Przem. UX [cm] Wytężenie przekr. Maksymalne siły w podporze słupa FX MY [kn] [knm] 2,00 0,61 299,9287 437,7284 1,99 0,64 449,8549 888,2611 2,05 0,67 599,7743 1339,2235 1,93 0,66 749,7153 1788,9074 1,97 0,64 899,6354 2239,8045 Przyjęte zbrojenie w słupach, oznaczone jako A s1 jest ułożone przy krawędzi zewnętrznej i A s2 przy krawędzi wewnętrznej (podsuwnicowej) słupa oraz prowadzone są przez całą jego długość. A s1 i A s2 odpowiednio do zmiany kierunku siły poziomej H przenoszą naprężenia ściskające i/lub Strona 73

CZĘŚĆ ANALITYCZNA Weryfikacja słupów zespolonych w pełni obetonowanych rozciągające w słupie. Przy dużych wymiarach przekroju i odległościach między zbrojeniem głównym A s1 i A s2 należy zastosować zbrojenie konstrukcyjne z prętów #10. 2.5.3. Zabezpieczenie przeciwpożarowe Na etapie wymiarowania słupy były dostosowane do wymagań przeciwpożarowych, według obowiązujących norm projektowych, poprzez spełnienie warunków dotyczących: minimalnej szerokości w przekroju poprzecznym słupa, minimalnej otuliny zbrojenia, liczonej od krawędzi słupa do środka ciężkości zbrojenia głównego. Nie ma potrzeby stosowania dodatkowych środków ogniochronnych. 2.6. Weryfikacja słupów zespolonych w pełni obetonowanych 2.6.1. Schemat słupa Rys. 53: Schemat konstrukcji słupa zespolonego w pełni obetonowanego z rdzeniem blachownicowym i krótkim wspornikiem żelbetowym. 2.6.2. Zestawienie elementów konstrukcyjnych Przyp. obc. Weryf. część Wymiary przekroju [mm] Profil Ciężar profilu stal. [kg/m] Zbrojenie całość [cm 2 ] Stopień zbrojenia ρ [%] Średnica i rozstaw strzemion Przem. UX [cm] Wytężenie przekr. Maksymalne siły w podporze słupa FX [kn] MY [knm] 1 Słup 450x650 HEB 450 171,192 22#16 [44,23] 1,81 Ø8 co 320 mm 2,12 0,31 299,9795 432,0651 2 Słup 450x800 HEB 500 187,683 34#20 [106,81] 3,54 Ø8 co 400 mm 2,12 0,48 449,9541 880,9268 3 Słup 450x900 HEB 650 224,591 38#18 [96,70] 2,86 Ø8 co 360 mm 2,10 0,51 599,9265 1329,8325 4 Słup 450x900 HEB 800 262,285 40#18 [101,79] 3,10 Ø8 co 360 mm 2,12 0,52 749,8682 1780,4064 5 Słup 450x1000 HEB 900 291,340 44#14 [67,73] 1,84 Ø8 co 280 mm Tab. 34: Tabela zestawcza słupów zespolonych w pełni obetonowanych. 2,12 0,55 899,8494 2228,6681 Strona 74

CZĘŚĆ ANALITYCZNA Weryfikacja słupów zespolonych częściowo obetonowanych Zbrojenie oznaczone w Tab. 34 jako zbrojenie całościowe przekroju słupa, należy równomiernie i symetrycznie rozmieścić wzdłuż dwóch równoległych sobie krawędzi słupa (wzdłuż słabszej osi przekroju). Natomiast w przypadku dużych wymiarów przekroju poprzecznego i odległościach między zbrojeniem należy zastosować zbrojenie konstrukcyjne z prętów #10. 2.6.3. Zabezpieczenie przeciwpożarowe Na etapie wymiarowania słupy były dostosowane do wymagań przeciwpożarowych, według obowiązujących norm projektowych, poprzez spełnienie warunków dotyczących: minimalnych wymiarów przekroju poprzecznego, minimalnej otuliny betonowej przekroju stalowego, minimalnej otuliny zbrojenia, liczonej od krawędzi słupa do środka ciężkości zbrojenia głównego. Nie ma potrzeby stosować dodatkowych środków ogniochronnych, ponieważ beton w słupach zespolonych w pełni obetonowanych pełni funkcję izolacji termicznej w czasie pożaru. 2.7. Weryfikacja słupów zespolonych częściowo obetonowanych 2.7.1. Schemat słupa Rys. 54: Schemat konstrukcji słupa zespolonego częściowo obetonowanego z krótkim wspornikiem stalowym. 2.7.2. Zestawienie elementów konstrukcyjnych Przyp. obc. 1 2 3 Weryf. część Słup Profil / wymiary przekroju [mm] Blachownica: b f =400,0 h w =520,0 t f =15,0 t w =10,0 Wspornik HEB 200 Słup Blachownica: b f =400,0 h w =630,0 t f =20,0 t w =15,0 Wspornik HEB 240 Słup Blachownica: b f =400,0 h w =710,0 t f =25,0 t w =20,0 Wspornik HEB 280 Pole prof. st. [cm 2 ] (obwód) Ciężar profilu stal. [kg/m] 172,00 135,02 78,10 (1,15m) 254,50 199,78 81,60 (1,38m) 342,00 268,47 131,00 (1,62m) Zbrojenie całość [cm 2 ] 18#25 [88,36] St.zbrojenia ρ [%] 5,00 Śred. i rozst. Strzem. Ø8 co 400 mm Przem UX [cm] 2,11 Wytężenie przekroju 0,29 61,33 0,79 22#25 [107,99] 5,23 Ø8 co 400 mm 2,12 0,35 83,24 0,96 22#25 [107,99] 4,80 Ø8 co 400 mm 2,06 0,37 102,87 0,99 Maksymalne siły w podporze słupa FX [kn] MY [knm] 299,9616 433,8361 449,9116 883,6193 599,8620 1333,2305 Strona 75

CZĘŚĆ ANALITYCZNA Weryfikacja słupów zespolonych częściowo obetonowanych 4 5 Słup Blachownica: b f =400,0 h w =750,0 t f =30,0 t w =25,0 Wspornik HEB 320 Słup Blachownica: b f =400,0 h w =780,0 t f =35,0 t w =30,0 427,50 335,59 161,00 (1,77m) 514,00 403,49 24#25 [117,81] 5,20 Ø8 co 400 mm 2,07 0,38 126,43 0,94 24#25 [117,81] 5,23 Ø8 co 400 mm 135,00 Wspornik HEB 360 142,14 0,95 (1,85m) Tab. 35: Tabela zestawcza słupów zespolonych częściowo obetonowanych. 2,10 0,39 749,7959 1783,7874 899,7228 2234,5604 Zastosowane zostały strzemiona dwucięte konstrukcyjne oplatające pręty zbrojeniowe, przechodzące przez środnik o średnicy i rozstawie podanym w Tab. 35 oznaczone jako zbrojenie całościowe przekroju słupa, które należy równomiernie i symetrycznie rozmieścić po obu stronach rdzenia stalowego wzdłuż dłuższych krawędzi przekroju poprzecznego słupa. Zaprojektowano krótkie wsporniki z profili stalowych walcowanych (podobnie jak w słupach stalowych walcowanych), spawane do rdzenia stalowego przekroju poprzecznego z zachowaniem warunków konstrukcyjnych dla spoin. 2.7.3. Zabezpieczenie przeciwpożarowe Przypadek obciążenia Wymiary półki U/A [m -1 ] (obwód/pole przekroju) Grubość izolacji [mm] Powierzchnia izolacji [m 2 /mb] 1 400x15 71,67 2,27 0,860 2 400x20 55,00 2,27 0,880 3 400x25 45,00 2,27 0,900 4 400x30 38,33 2,27 0,920 2 400x35 33,57 2,27 0,940 Tab. 36: Tabelaryczne zestawienie minimalnej grubości izolacji p-poż. w zależności od wskaźnika U/A i temperatury krytycznej 500 C dla poszczególnych półek słupów zespolonych częściowo obetonowanych. W Tab. 36 dla powierzchni izolacji uwzględniono, że na 1,0 mb słupa występują 2 półki. Przyjęto minimalną grubość izolacji dla wszystkich przypadków (jak dla zakresu wartości +/, = 68 80). Aby spełnić warunki przeciwpożarowe w słupach zespolonych częściowo obetonowanych konieczne było zastosowanie profili stalowych blachownicowych dwuteowych bisymetrycznych. Dzięki ich wykorzystaniu możliwe było uzyskanie półek szerokości większej niż 300 mm, których taki wymiar nie występuje w żadnym z dostępnych gotowych profili stalowych walcowanych dwuteowych. Projektując słupy spełniono następujące warunki przeciwpożarowe dotyczące: minimalnego stosunku grubości środnika i półki kształtownika stalowego, minimalnych wymiarów przekroju porzecznego słupa dla odpowiedniego poziomu obciążenia ogniowego, minimalnej odległości osiowej prętów zbrojenia od kształtownika stalowego i krawędzi przekroju porzecznego słupa, minimalnego stopnia zbrojenia. Strona 76

CZĘŚĆ ANALITYCZNA Weryfikacja krótkich wsporników dla słupów stalowych walcowanych Nie ma potrzeby stosować środków ogniochronnych na całej konstrukcji słupa, ponieważ wszystkie normowe warunki przeciwpożarowe zostały spełnione, lecz tylko na nieosłoniętych elementach stalowych (półkach) słupa zespolonego, które są najbardziej narażone na wysokie temperatury wywołane pożarem. Do tego celu wykorzystano farbę pęczniejącą jednoskładnikową Sika Unitherm Steel S. 2.8. Weryfikacja krótkich wsporników dla słupów stalowych walcowanych 2.8.1. Zestawienie elementów konstrukcyjnych wraz z schematami połączeń Przyp. obc. 1 2 Schemat krótkiego wspornika ze wzmocnieniem HEB 200 HEB 240 Blacha dolna [mm] w d = 200,0 (szer. bl.) t fd = 6,0 (gr. półki) h d = 200,0 (wys. bl.) t wd = 6,0 (gr. środn.) l d = 300,0 (dł. bl.) α=33,7 (kąt nachyl.) w d = 240,0 (szer. bl.) t fd = 8,0 (gr. półki) h d = 250,0 (wys. bl.) t wd = 8,0 (gr. środn.) l d = 350,0 (dł. bl.) α=35,5 (kąt nachyl.) Żebra słupa [mm] h su = 734,0 (wys. żebra) b su = 141,0 (szer. żebra) t hu = 15,0 (gr. żebra) h su = 928,0 (wys. żebra) b su = 141,0 (szer. żebra) t hu = 15,0 (gr. żebra) Tab. 37: Tabela zestawcza elementów konstrukcyjnych połączenia krótkiego wspornika stalowego z słupem stalowym walcowanym. Krótki wspornik stalowy należy zaprojektować o 20,0 cm dłuższy niż to wynika z odległości przyłożenia sił od oddziaływań suwnicy do osi słupa (1,20 m), ponieważ belka podsuwnicowa znajdująca się na wsporniku musi mieć miejsce, na którym może się swobodnie oprzeć. Profil stalowy wspornika Wytężenie przekr. 0,85 0,86 2.8.2. Zabezpieczenie przeciwpożarowe Przyp. obc. 1 Weryfikowana część Profil U/A [m -1 ] (obwód/pole przekroju) Gr. izolacji [mm] Przyjęta gr. izolacji dla całej części słupa [mm] Powierzchnia izolacji [m 2 /mb] Wspornik HEB 200 147,25 38,0 1,15 47,0 Bl. środnika 200x300x6 340,00 46,0 1,14* Strona 77

CZĘŚĆ ANALITYCZNA Weryfikacja krótkich wsporników dla słupów żelbetowych prostokątnych Bl. półki 200x361x6 338,87 46,0 Żebra słupa 141x734x15 136,06 36,0 Żebra belki 96x170x9 233,99 43,0 Wspornik HEB 240 130,19 36,0 1,38 Bl. środnika 250x350x8 255,71 44,0 2 Bl. półki 240x430x8 254,65 44,0 Żebra słupa 141x928x15 135,49 36,0 44,0 1,55* Żebra belki 115x206x10 209,71 42,0 *Wartości podane w m 2 (nie m 2 /mb). Tab. 38: Tabelaryczne zestawienie minimalnej grubości izolacji p-poż. w zależności od wskaźnika U/A i temperatury krytycznej 500 C dla poszczególnych elementów konstrukcyjnych krótkiego wspornika stalowego dla słupów stalowych walcowanych. Wymagana minimalna grubość warstwy ogniochronnej dla konstrukcji wspornika wraz z połączeniem i żebrami została przyjęta jako największa wartość z wyznaczonych grubości warstw dla poszczególnych części słupa. 2.9. Weryfikacja krótkich wsporników dla słupów żelbetowych prostokątnych 2.9.1. Zestawienie elementów konstrukcyjnych Przyp. obc. Szerokość [mm] Wymiary Zbrojenie Stopień Wysięg Wysokość A s,main A s,link,h A s,lint,v A s,add A s,cons zbrojenia [mm] [mm] [cm 2 ] [cm 2 ] [cm 2 ] [cm 2 ] [cm 2 ] ρ [%] 1 400 975 800 2 500 900 750 3 550 850 700 4 600 800 650 5 650 775 600 2#14 2#12 [5,34] 2#20 2#18 [11,37] 2#25 2#22 [17,42] 2#28 2#28 [24,63] 2#28 4#25 [31,95] 6Ø6 [1,70] 12Ø6 [3,39] 10Ø8 [5,03] 14Ø8 [7,04] 12Ø10 [9,42] 7Ø6 [3,39] 7Ø6 [3,96] 6Ø8 [6,03] 7Ø8 [7,04] 6Ø10 [9,42] 2#14 [3,08] 2#20 [6,28] 2#25 [9,82] 2#28 [12,32] 2#32 [16,08] 4#10 [3,14] 4#10 [3,14] 4#10 [3,14] 4#10 [3,14] 4#10 [3,14] Tab. 39: Tabela zestawcza elementów konstrukcyjnych połączenia krótkiego wspornika żelbetowego z słupem żelbetowym. Krótkie wsporniki żelbetowe zostały w każdym przypadku zaprojektowane metodą belkową, ponieważ warunki obliczeniowe i konstrukcyjne wykluczyły metodę kratownicową ST. Na całej długości górnej krawędzi wspornika należy umieścić kątownik LN 130x65x12, do którego należy przyspawać dochodzące zbrojenie główne A s,main oraz zbrojenie konstrukcyjne A s,cons. Spoiny należy dobrać z warunków konstrukcyjnych dla spoin. Zastosowane zostało zbrojenie dodatkowe ukośne A s,add w postaci zapętlonego pręta. Wspornik należy zazbroić strzemionami pionowymi 0,40 0,74 0,79 1,03 1,31 Strona 78

CZĘŚĆ ANALITYCZNA Weryfikacja krótkich wsporników dla słupów zespolonych w pełni obetonowanych czterociętymi A s,link,v oraz poziomymi dwuciętymi A s,link,h. Strzemiona pionowe należy układać w identyczny sposób jak w belce, tzn. od krawędzi słupa do miejsca przyłożenia siły. Krótki wspornik żelbetowy należy zaprojektować o 23,0 cm dłuższy niż to wynika z odległości przyłożenia sił od oddziaływań suwnicy do osi słupa (1,20 m), ponieważ belka podsuwnicowa znajdująca się na wsporniku musi mieć miejsce, na którym może się swobodnie oprzeć. W stopniu zbrojenia przekroju nie zostały uwzględnione strzemiona. 2.9.2. Zabezpieczenie przeciwpożarowe Na etapie wymiarowania krótkie wsporniki były dostosowane do wymagań przeciwpożarowych jak dla belek żelbetowych, według obowiązujących norm projektowych, poprzez spełnienie warunków dotyczących: minimalnej szerokości belki w przekroju poprzecznym, minimalnej otuliny zbrojenia, liczonej od krawędzi słupa do środka ciężkości zbrojenia głównego, minimalnej grubości środnika. Nie ma potrzeby stosowania dodatkowych środków ogniochronnych. 2.10. Weryfikacja krótkich wsporników dla słupów zespolonych w pełni obetonowanych 2.10.1. Zestawienie elementów konstrukcyjnych Przyp. obc. Szerokość [mm] Wymiary Zbrojenie Stopień Wysięg Wysokość A s,main A s,link,h A s,lint,v A s,add A s,cons zbrojenia [mm] [mm] [cm 2 ] [cm 2 ] [cm 2 ] [cm 2 ] [cm 2 ] ρ [%] 1 450 1075 900 2 450 1000 850 3 450 950 800 4 450 950 800 5 450 900 750 2#14 2#12 [5,34] 2#20 2#16 [10,30] 2#18 3#22 [16,49] 2#18 3#25 [24,72] 2#14 5#25 [27,62] 6Ø6 [1,70] 11Ø6 [3,11] 17Ø6 [4,81] 13Ø8 [6,53] 17Ø8 [8,55] 7Ø6 [3,39] 7Ø6 [3,39] 10Ø6 [5,65] 7Ø8 [7,04] 9Ø8 [9,05] 2#14 [3,08] 2#20 [6,28] 2#25 [9,82] 2#28 [12,32] 2#32 [16,08] 4#10 [3,14] 4#10 [3,14] 4#10 [3,14] 4#10 [3,14] 4#10 [3,14] Tab. 40: Tabela zestawcza elementów konstrukcyjnych połączenia krótkiego wspornika żelbetowego z słupem zespolonym w pełni obetonowanym. Krótkie wsporniki żelbetowe zostały zaprojektowane i zwymiarowane w ten sam sposób jak w słupach żelbetowych. Zmianie uległy ilości i średnice zbrojenia, wymiary przekrojów poprzecznych oraz sposób kotwienia prętów zbrojeniowych górnych A s,main. Pręty zbrojeniowe zewnętrzne A s,main (o mniejszej średnicy niż pozostałe) należy kotwić w słupie żelbetowym przeciągając je aż do zbrojenia zewnętrznego, natomiast pozostałe spawać do rdzenia stalowego. Spoiny należy dobrać z warunków konstrukcyjnych dla spoin. Strzemionami poziomymi należy objąć słup zespolony i znajdujące się w nim zbrojenie główne. 0,29 0,52 0,82 1,12 1,39 Strona 79

CZĘŚĆ ANALITYCZNA Weryfikacja krótkich wsporników dla słupów zespolonych częściowo obetonowanych 2.10.2. Zabezpieczenie przeciwpożarowe Zabezpieczenia przeciwpożarowe zostały uwzględnione i wykonane w ten sam sposób jak dla krótkich wsporników w słupach żelbetowych. 2.11. Weryfikacja krótkich wsporników dla słupów zespolonych częściowo obetonowanych 2.11.1. Zestawienie elementów konstrukcyjnych wraz z schematami połączeń Przyp. obc. 1 2 3 Schemat krótkiego wspornika ze wzmocnieniem HEB 200 HEB 240 HEB 280 Blacha dolna [mm] w d = 200,0 (szer. bl.) t fd = 9,0 (gr. półki) h d = 260,0 (wys. bl.) t wd = 9,0 (gr. środn.) l d = 350,0 (dł. bl.) α=41,6 (kąt nachyl.) w d = 240,0 (szer. bl.) t fd = 10,0 (gr. półki) h d = 320,0 (wys. bl.) t wd = 10,0 (gr. środn.) l d = 400,0 (dł. bl.) α=38,7 (kąt nachyl.) w d = 280,0 (szer. bl.) t fd = 10,0 (gr. półki) h d = 370,0 (wys. bl.) t wd = 10,0 (gr. środn.) l d = 450,0 (dł. bl.) α=39,4 (kąt nachyl.) Żebra wspornika [mm] h su = 170,0 (wys. żebra) b su = 95,5 (szer. żebra) t hu = 9,0 (gr. żebra) h su = 206,0 (wys. żebra) b su = 115,0 (szer. żebra) t hu = 10,0 (gr. żebra) h su = 244,0 (wys. żebra) b su = 134,8 (szer. żebra) t hu = 10,0 (gr. żebra) Profil stalowy wspornika Wytężenie przekr. 0,98 0,98 0,99 Strona 80

CZĘŚĆ ANALITYCZNA Weryfikacja krótkich wsporników dla słupów zespolonych częściowo obetonowanych 4 5 HEB 320 HEB 360 w d = 300,0 (szer. bl.) t fd = 11,0 (gr. półki) h d = 350,0 (wys. bl.) t wd = 11,0 (gr. środn.) l d = 450,0 (dł. bl.) α=37,9 (kąt nachyl.) w d = 300,0 (szer. bl.) t fd = 12,0 (gr. półki) h d = 400,0 (wys. bl.) t wd = 12,0 (gr. środn.) l d = 480,0 (dł. bl.) α=39,8 (kąt nachyl.) h su = 279,0 (wys. żebra) b su = 144,3 (szer. żebra) t hu = 11,0 (gr. żebra) h su = 315,0 (wys. żebra) b su = 143,8 (szer. żebra) t hu = 12,0 (gr. żebra) Tab. 41: Tabela zestawcza elementów konstrukcyjnych połączenia krótkiego wspornika stalowego z słupem zespolonym częściowo obetonowanym. Krótki wspornik stalowy należy zaprojektować o 20,0 cm dłuższy niż to wynika z odległości przyłożenia sił od oddziaływań suwnicy do osi słupa (1,20 m), ponieważ belka podsuwnicowa znajdująca się na wsporniku musi mieć miejsce, na którym może się swobodnie oprzeć. 0,96 0,98 2.11.2. Zabezpieczenie przeciwpożarowe Przyp. obc. Weryfikowana część Profil U/A [m -1 ] (obwód/pole przekroju) Gr. izolacji [mm] Przyjęta gr. izolacji dla całej części słupa [mm] Powierzchnia izolacji [m 2 /mb] Wspornik HEB 200 147,25 38,0 1,15 1 Bl. środnika 260x350x9 227,94 43,0 Bl. półki 200x436x9 226,81 43,0 43,0 0,43* Żebra belki 96x170x9 233,99 43,0 Wspornik HEB 240 130,19 36,0 1,38 2 Bl. środnika 320x400x10 205,00 42,0 Bl. półki 240x512x10 203,91 42,0 42,0 0,61* Żebra belki 115x206x10 209,71 42,0 Wspornik HEB 280 123,66 36,0 1,62 3 Bl. środnika 370x450x10 204,44 42,0 Bl. półki 280x583x10 203,43 42,0 42,0 0,81* Żebra belki 135x244x10 208,20 42,0 Strona 81

CZĘŚĆ ANALITYCZNA Zestawienie cen wykonania słupów Wspornik HEB 320 109,94 33,0 1,77 4 Bl. środnika 350x450x11 186,26 41,0 Bl. półki 300x570x11 185,33 41,0 41,0 0,84* Żebra belki 144x279x11 188,99 41,0 Wspornik HEB 360 102,21 33,0 1,85 5 Bl. środnika 400x480x12 170,83 39,0 Bl. półki 300x625x12 169,87 39,0 39,0 0,96* Żebra belki 144x315x12 173,02 39,0 *Wartości podane w m 2 (nie m 2 /mb). Tab. 42: Tabela zestawcza elementów konstrukcyjnych połączenia krótkiego wspornika stalowego z słupem zespolonym częściowo obetonowanym. Wymagana minimalna grubość warstwy ogniochronnej dla konstrukcji wspornika wraz z połączeniem i żebrami została przyjęta jako największa wartość z wyznaczonych grubości warstw dla poszczególnych części słupa. W odróżnieniu od wsporników słupów stalowych walcowanych, nie zostały zaprojektowane żebra wewnętrzne w słupie, ponieważ w jego środkowej części (pomiędzy półkami i środnikiem) znajduje się zbrojenie i wypełniony jest betonem. 2.12. Zestawienie cen wykonania słupów 2.12.1. Założenia wyjściowe Kosztorys inwestorski został sporządzony zgodnie z [N1], a w szczególności: Kosztorys inwestorki opracowano metodą kalkulacji uproszczonej w cenach bez podatku VAT. Podstawę do sporządzenia kosztorysu inwestorskiego stanowiły: dokumentacja projektowa, specyfikacja techniczna wykonania i odbioru, [niniejsze] założenia do kosztorysowania oraz ceny jednostkowe robót podstawowych. Zgodnie z zaleceniem [N1] ceny jednostkowe robót ustalone zostały w pierwszej kolejności na podstawie danych rynkowych oraz powszechnie stosowanych aktualnych publikacji i cenników. Nie stosowano kalkulacji szczegółowych (R+M+S+narzuty+zysk). Zgodnie z [N1] ceny jednostkowe robót podstawowych ujmują koszty wyliczone na jednostkę przedmiarową robót podstawowych, łącznie: koszty bezpośredniej robocizny (R), materiałów (M), sprzętu (S) oraz kosztów pośrednich w zysku. Wykaz źródeł: Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 18 maja 2004 r. w sprawie określenia metod i podstaw sporządzania kosztorysu inwestorskiego, obliczania planowanych kosztów prac projektowych oraz planowanych kosztów robót budowlanych określonych w programie funkcjonalno-użytkowym. (Dz.U. 2004 nr 130, poz. 1389). Publikacje elektroniczne ABC ebistyp Wolters Kluwer S.A. (2015), Baza cenowa online. Protokół dostępu: http://www.e-bistyp.pl [25.09.2015]. Kontrakty WKS (2008), Wytwórnia Konstrukcji Stalowych EXBUD-SKANSKA S.A. w Kielcach, Baza cen z dnia 6.03.2008r. (Informacja udostępniona z archiwum Chodor-Projekt Sp. z o.o.). Strona 82

CZĘŚĆ ANALITYCZNA Zestawienie cen wykonania słupów Kontrakty POLIMEX-Mostostal (2008), Baza cen z dnia 6.03.2008r. (Informacja udostępniona z archiwum Chodor-Projekt Sp. z o.o.). Kontrakty Huta Ostrowiec (2008), Baza cen z dnia 6.03.2008r. (Informacja udostępniona z archiwum Chodor-Projekt Sp. z o.o.). 2.12.2. Przyjęte ceny Zestawienie przyjętych cen rynkowych jednostkowych materiałów i robót podstawowych Jedn. miary Wykonanie słupów podsuwnicowych stalowych i belek (krótkich wsporników) zł/kg 6,50 Cena Wykonanie słupów i belek (krótkich wsporników) żelbetowych prostokątnych zł/m 3 700,00 Wykonanie zabezpieczenia p-poż. z zaprawy ogniochronnej w systemie THERMOSPRAY Ex (warstwa o gr. 10 mm) m 2 150,00 Wykonanie zabezpieczenia p-poż z farbą ogniochronną pęczniejącą w systemie Sika zł/m 2 350,00 Tab. 43: Zestawienie przyjętych cen. 1) Wykonanie słupów podsuwnicowych stalowych i belek (krótkich wsporników) zawiera koszty: materiałów (kształtowników stalowych, blach, spoin), robocizny na warsztacie (wytworzenie), zabezpieczenia antykorozyjnego opisanego w pkt. 2.1.4., transportu elementów konstrukcji, montażu. 2) Wykonanie słupów i belek (krótkich wsporników) żelbetowych prostokątnych zawiera koszty: materiałów (betonu, zbrojenia), wykonania deskowania, robocizny na budowie (zalania konstrukcji betonem, zagęszczenia i pielęgnacji betonu), transportu elementów i materiałów konstrukcyjnych. 3) Wykonanie zabezpieczenia p-poż. z zaprawy ogniochronnej w systemie THERMOSPRAY Ex (warstwa o gr. 10 mm) zawiera koszty materiałów i wykonania opisanych w pkt. 2.1.5. 4) Wykonanie zabezpieczenia p-poż z farbą ogniochronną pęczniejącą w systemie Sika zawiera koszty materiałów i wykonania opisanych w pkt. 2.1.5. Strona 83

CZĘŚĆ ANALITYCZNA Zestawienie cen wykonania słupów 2.12.3. Zestawienie cen wykonania słupów i poszczególnych ich elementów Rodz. słupa Słup stalowy walcowany Słup stalowy pełnościenny Słup stalowy skratowany Słup żelbetowy prostokątny Nr Element Profil Ilość [szt.] Dł. [m] Ciężar całkowity [kg] Pow. całk. [m 2 ] Objętość całk. [m 3 ] Gr. izolacji p-poż. [mm] Cena izolacji całkowita [zł] Cena wykonania i mat. [zł] Cena całkowita [zł] Słup HEB 800 1 12,000 3147,420 35,230 0,40080 30,0 15853,50 20458,23 Wspornik HEB 200 1 1,000 61,331 1,150 0,00781 810,75 398,65 Bl. środnika bl. 200x300x6 1 0,300 2,827 0,127 0,00036 89,54 18,38 1 38849,75 Bl. półki bl. 200x361x6 1 0,361 3,402 0,149 0,00043 47,0 105,05 22,11 Żebro słupa bl. 141x734x15 4 0,734 48,764 0,916 0,00621 645,78 316,97 Żebro belki bl. 96x170x9 4 0,170 4,614 0,143 0,00044 100,82 29,99 Słup HEB 1000 1 12,000 3769,356 37,320 0,48000 26,0 14554,80 24500,81 Wspornik HEB 240 1 0,900 74,916 1,242 0,00954 819,72 486,95 Bl. środnika bl. 250x350x8 1 0,350 5,497 0,181 0,00070 119,46 35,73 2 42049,56 Bl. półki bl. 240x430x8 1 0,430 6,483 0,213 0,00083 44,0 140,58 42,14 Żebro słupa bl. 141x928x15 4 0,928 61,653 1,158 0,00783 764,28 400,74 Żebro belki bl. 115x206x10 4 0,206 7,442 0,206 0,00095 135,96 48,37 Cz. górna 2CE 220 1 3,500 146,769 2,688 0,01869 1895,04 954,00 Pas zewn. CE 220 1 8,500 178,220 6,707 0,02270 4728,44 1158,43 1 47,0 35335,32 Pas pods. IPE 220 1 8,500 222,938 7,208 0,02839 5081,64 1449,10 Środnik bl. 1159x8500x12 1 8,500 928,345 19,907 0,11818 14034,44 6034,24 Cz. górna 2CE 270 1 3,500 193,494 3,220 0,02464 2173,50 1257,71 Pas zewn. CE 270 1 8,500 234,957 8,016 0,02992 5410,80 1527,22 2 45,0 37621,80 Pas pods. IPE 270 1 8,500 306,383 8,849 0,03902 5973,08 1991,49 Środnik bl. 1148x8500x12 1 8,500 919,539 19,720 0,11709 13311,00 5977,00 Cz. górna 2CE 300 1 3,500 222,628 3,500 0,02835 2362,50 1447,08 Pas zewn. CE 300 1 8,500 270,334 8,713 0,03443 5881,28 1757,17 3 45,0 40599,02 Pas pods. IPE 300 1 8,500 359,108 9,852 0,04573 6650,10 2334,20 Środnik bl. 1140x8500x14 1 8,500 1065,314 19,618 0,13567 13242,15 6924,54 Cz. górna 2CE 360 1 3,500 293,538 4,060 0,03738 2618,70 1908,00 Pas zewn. CE 360 1 8,500 356,439 10,107 0,04539 6519,02 2316,85 4 43,0 44345,17 Pas pods. IPE 360 1 8,500 485,265 11,501 0,06180 7418,15 3154,22 Środnik bl. 1130x8500x16 1 8,500 1206,822 19,482 0,15368 12565,89 7844,34 Cz. górna 2CE 400 1 3,500 338,065 4,410 0,04305 2844,45 2197,42 Pas zewn. CE 400 1 8,500 410,5075 10,974 0,05228 7078,23 2668,30 5 43,0 50311,90 Pas pods. IPE 400 1 8,500 564,026 12,470 0,07183 8043,15 3666,17 Środnik bl. 1125x8500x23 1 8,500 1727,132 19,516 0,21998 12587,82 11226,36 Cz. górna HEAA 180 1 3,500 100,401 3,563 0,01279 2351,58 652,61 Pas HEAA 180 2 8,500 487,662 17,306 0,06210 11421,96 3169,80 1 44,0 25695,68 Słupek LR 60x8 12 1,200 102,110 3,355 0,01300 2214,30 663,72 Krzyżulec LR 75x8 10 2,081 186,291 6,077 0,02372 4010,82 1210,89 Cz. górna HEAA 220 1 3,500 141,439 4,365 0,01801 2880,90 919,35 Pas HEAA 220 2 8,500 686,987 21,199 0,08748 13991,34 4465,42 2 44,0 33617,30 Słupek LR 90x8 12 1,200 157,176 5,054 0,02002 3335,64 1021,64 Krzyżulec LR 100x8 10 2,081 253,299 8,116 0,03226 5356,56 1646,44 Cz. górna HEAA 260 1 3,500 192,311 5,159 0,02449 3250,17 1250,02 Pas HEAA 260 2 8,500 934,082 25,058 0,11895 15786,54 6071,53 3 42,0 40178,05 Słupek LR 100x12 12 1,200 256,694 5,616 0,03269 3538,08 1668,51 Krzyżulec LR 120x10 10 2,081 379,137 9,760 0,04828 6148,80 2464,39 Cz. górna HEAA 300 1 3,500 244,370 5,968 0,03112 3670,32 1588,41 Pas HEAA 300 2 8,500 1186,940 28,985 0,15115 17825,78 7715,11 4 41,0 46662,49 Słupek LR 120x12 12 1,200 310,968 6,754 0,03960 4153,71 2021,29 Krzyżulec LR 130x12 10 2,081 490,263 10,571 0,06243 6501,17 3186,71 Cz. górna HEAA 340 1 3,500 276,224 6,220 0,03518 3825,30 1795,46 Pas HEAA 340 2 8,500 1341,657 30,209 0,17085 18578,54 8720,77 5 41,0 51459,53 Słupek LR 150x10 12 1,200 331,330 8,438 0,04219 5189,37 2153,65 Krzyżulec LR 150x12 10 2,081 568,696 12,195 0,07242 7499,93 3696,52 Słup 400x850 1 12,000 10205,568 30,000 4,08000 - - 2856,00 1 Wspornik 400x800 1 0,975 780,425 2,340 0,31200 - - 218,40 3074,40 Słup 500x1000 1 12,000 15008,184 36,000 6,00000 - - 4200,00 2 Wspornik 500x750 1 0,900 844,210 2,250 0,33750 - - 236,25 4436,25 Słup 550x1100 1 12,000 18159,900 39,600 7,26000 - - 5082,00 3 Wspornik 550x700 1 0,850 818,571 2,125 0,32725 - - 229,08 5311,08 Słup 600x1200 1 12,000 21611,784 43,200 8,64000 - - 6048,00 4 Wspornik 600x650 1 0,800 780,426 2,000 0,31200 - - 218,40 6266,40 Słup 650x1250 1 12,000 24388,296 45,600 9,75000 - - 6825,00 5 Wspornik 650x600 1 0,775 756,037 1,938 0,30225 - - 211,58 7036,58 Strona 84

CZĘŚĆ ANALITYCZNA Zestawienie cen wykonania słupów Słup beton 450x650 1 12,000 6725,484 26,400 3,24840 - - 2273,88 1 Rdzeń - stal HEB 450 1 12,000 2054,304 24,360 0,26160 - - 13352,98 Wspornik 450x900 1 1,075 1089,031 2,903 0,43538 - - 304,77 Słup beton 450x800 1 12,000 8553,696 30,000 4,03320 - - 2823,24 2 Rdzeń - stal HEB 500 1 12,000 2252,196 25,44 0,28680 - - 14639,27 Wspornik 450x850 1 1,000 956,772 2,600 0,38250 - - 267,75 Słup beton 450x900 1 12,000 9461,532 32,400 4,51680 - - 3161,76 3 Rdzeń - stal HEB 650 1 12,000 2695,092 29,04 0,34320 - - 17518,10 Wspornik 450x800 1 0,950 855,466 2,375 0,34200 - - 239,40 Słup beton 450x900 1 12,000 9009,204 32,400 4,45920 - - 3121,44 4 Rdzeń - stal HEB 800 1 12,000 3147,420 32,520 0,40080 - - 20458,23 Wspornik 450x800 1 0,950 855,466 2,375 0,34200 - - 239,40 Słup beton 450x1000 1 12,000 10011,288 34,800 4,95480 - - 3468,36 5 Rdzeń - stal HEB 900 1 12,000 3496,080 34,920 0,44520 - - 22724,52 Wspornik 450x750 1 0,900 759,789 2,160 0,30375 - - 212,63 Słup beton 400x520 1 12,000 4622,580 22,080 2,28960 - - 1602,72 Blachownica: b f =400,0 Rdzeń - stal h w =520,0 1 12,000 1620,828 32,160 0,20640 2,27 3612,00 10535,38 1 t f =15,0 t w =10,0 Wspornik HEB 200 1 0,880 53,971 1,012 0,007 652,74 350,81 Bl. środnika bl. 260x350x9 1 0,350 6,432 0,188 0,001 121,26 41,81 43,0 Bl. półki bl. 200x436x9 1 0,436 6,163 0,182 0,001 117,39 40,06 Żebro belki bl. 96x170x9 4 0,170 4,614 0,143 0,001 92,24 29,99 Słup beton 400x630 1 12,000 5165,868 24,720 2,71860 - - 1903,02 Blachownica: b f =400,0 Rdzeń stal h w =630,0 1 12,000 2398,260 34,920 0,30540 2,27 3696,00 15588,69 2 t f =20,0 t w =15,0 Wspornik HEB 240 1 0,770 64,095 1,063 0,008 669,69 416,62 Bl. środnika bl. 320x400x10 1 0,400 10,052 0,264 0,001 166,32 65,34 42,0 Bl. półki bl. 240x512x10 1 0,512 9,650 0,256 0,001 161,28 62,73 Żebro belki bl. 115x206x10 4 0,206 7,442 0,206 0,001 129,78 48,37 Słup beton 400x710 1 12,000 5301,840 26,640 2,99760 - - 2098,32 Blachownica: b f =400,0 Rdzeń - stal h w =710,0 1 12,000 3222,804 36,960 0,41040 2,27 3780,00 20948,23 3 t f =25,0 t w =20,0 Wspornik HEB 280 1 0,690 70,982 1,118 0,009 704,34 461,38 Bl. środnika bl. 370x450x10 1 0,450 13,075 0,342 0,002 215,46 84,99 42,0 Bl. półki bl. 280x583x10 1 0,583 12,819 0,338 0,002 212,94 83,32 Żebro belki bl. 135x244x10 4 0,244 10,347 0,283 0,001 178,29 67,26 Słup beton 400x750 1 12,000 4976,400 27,600 3,08700 - - 2160,90 Blachownica: b f =400,0 Rdzeń stal h w =750,0 1 12,000 4028,508 38,040 0,51300 2,27 3864,00 26185,30 4 t f =30,0 t w =25,0 Wspornik HEB 320 1 0,650 82,180 1,151 0,010 707,87 534,17 Bl. środnika bl. 350x450x11 1 0,450 13,605 0,325 0,002 199,88 88,43 41,0 Bl. półki bl. 300x570x11 1 0,570 14,771 0,355 0,002 218,33 96,01 Żebro belki bl. 144x279x11 4 0,279 13,882 0,346 0,002 212,79 90,23 Słup beton 450x780 1 12,000 5692,116 29,520 3,59520 - - 2516,64 Blachownica: b f =400,0 Rdzeń - stal h w =780,0 1 12,000 4843,632 38,880 0,61680 2,27 3948,00 31483,61 5 t f =35,0 t w =30,0 Wspornik HEB 360 1 0,620 88,124 1,147 0,011 671,00 572,81 Bl. środnika bl. 400x480x12 1 0,480 18,093 0,396 0,002 231,66 117,60 39,0 Bl. półki bl. 300x625x12 1 0,625 17,669 0,390 0,002 228,15 114,85 Żebro belki bl. 144x315x12 4 0,315 17,098 0,393 0,002 229,91 111,14 Tab. 44: Tabela zestawcza cen wykonania słupów i poszczególnych jego części. Słup zespolony w pełni obetonowany Słup zespolony częściowo obetonowany 15931,63 17730,26 20919,26 23819,07 26405,51 17196,40 22907,83 28834,53 34357,90 40225,35 Strona 85

WYNIKI ANALIZ I WNIOSKI Graficzne zestawienie wyników przeprowadzonych analiz i obliczeń 3. WYNIKI ANALIZ I WNIOSKI 3.1. Graficzne zestawienie wyników przeprowadzonych analiz i obliczeń 55 000 zł 50 000 zł Słup stalowy walcowany Cena wykonania słupa 45 000 zł 40 000 zł 35 000 zł 30 000 zł 25 000 zł 20 000 zł 15 000 zł 10 000 zł 5 000 zł 0 zł 1 2 3 4 5 Weryfikowany przypadek obciążenia słupa Słup stalowy pełnościenny Słup stalowy skratowany Słup żelbetowy prostokątny Słup zespolony w pełni obetonowany Słup zespolony częściowo obetonowany Wykres 1: Wykres przedstawiający zależność pomiędzy ceną słupów, a poszczególnymi przypadkami ich obciążenia. 25 000 zł Słup stalowy walcowany 20 000 zł 15 000 zł 10 000 zł 5 000 zł 0 zł Słup - stal Wspornik - stal Połączenie - stal Izolacje ogniochronne Przypadek 1 Przypadek 2 Wykres 2: Zestawienie cen elementów słupów stalowych walcowanych. Strona 86

WYNIKI ANALIZ I WNIOSKI Graficzne zestawienie wyników przeprowadzonych analiz i obliczeń 35 000 zł 30 000 zł 25 000 zł 20 000 zł 15 000 zł 10 000 zł 5 000 zł 0 zł Słup stalowy pełnościenny Słup - stal Izolacje ogniochronne Przypadek 1 Przypadek 2 Przypadek 3 Przypadek 4 Przypadek 5 Wykres 3: Zestawienie cen elementów słupów stalowych pełnościennych. 35 000 zł 30 000 zł 25 000 zł 20 000 zł 15 000 zł 10 000 zł 5 000 zł 0 zł Słup stalowy skratowany Słup - stal Izolacje ogniochronne Przypadek 1 Przypadek 2 Przypadek 3 Przypadek 4 Przypadek 5 Wykres 4: Zestawienie cen elementów słupów stalowych skratowanych. 7 000 zł 6 000 zł 5 000 zł 4 000 zł 3 000 zł 2 000 zł 1 000 zł 0 zł Słup żelbetowy prostokątny Słup - żelbet Wspornik - żelbet Przypadek 1 Przypadek 2 Przypadek 3 Przypadek 4 Przypadek 5 Wykres 5: Zestawienie cen elementów słupów żelbetowych prostokątnych. Strona 87

WYNIKI ANALIZ I WNIOSKI Graficzne zestawienie wyników przeprowadzonych analiz i obliczeń Słup zespolony w pełni obetonowany 20 000 zł 15 000 zł 10 000 zł 5 000 zł 0 zł Słup - żelbet Rdzeń - stal Wspornik - żelbet Przypadek 1 Przypadek 2 Przypadek 3 Przypadek 4 Przypadek 5 Wykres 6: Zestawienie cen elementów słupów zespolonych w pełni obetonowanych. 30 000 zł 25 000 zł 20 000 zł 15 000 zł 10 000 zł 5 000 zł Słup zespolony częściowo obetonowany 0 zł Słup - żelbet Rdzeń - stal Wspornik - stal Połączenie - stal Izolacje ogniochronne Przypadek 1 Przypadek 2 Przypadek 3 Przypadek 4 Przypadek 5 Wykres 7: Zestawienie cen elementów słupów zespolonych w pełni obetonowanych. Strona 88