Konstrukcje metalowe Wykład VII Reguły kształtowania konstrukcji stalowych
Spis treści Filozofia projektowania #t / 3 Typy i części konstrukcji #t / 9 Pokrycie dachu, obudowa ścian #t / 21 Płatwie #t / 29 Rygielki #t / 41 Stężenia #t / 43 Współczesne kratownice #t / 45 Rygle, belki i słupy #t / 46 Węzły #t / 54 Od hali montażowej do placu budowy #t / 76 Zagadnienia egzaminacyjne #t / 97
Filozofia projektowania Filozofia projektowania ma związek z trzema sprawami: Normy Doświadczenie Ekonimia Rys: Autor
Normy Co jest formalnie dopuszczone przez normy? Ekonimia Co jest najtańsze? Doświadczenie Co jest najprostsze / najskuteczniejsze?
Pomiędzy starą Polską Normą (PN B 03200) i Eurokodem istnieje szereg różnic. Różnica Porównanie Wniosek Granica plastyczności f y i granica wytrzymałości na rozciąganie f u Granice między klasami przekroju Interakcja siły osiowej i (dwukierunkowego) zginania Nośność IV klasy przekroju W Eurokodzie trochę wyższe (kwantyl 5%) niż w starej Polskiej Normie (2%) W Eurokodzie trochę wyższe niż w starej Polskiej Normie Wzory w Eurokodzie znacznie bardziej skomplikowane niż w Polskiej Normie Wzory w Eurokodzie znacznie bardziej skomplikowane niż w Polskiej Normie Wyższe wartości obciążeń mogą być przyłożone do takiej samej konstrukcji (ekonomia ) Wyższe wartości obciążeń mogą być przyłożone do szerszego zakresu przekrojów (ekonomia ) Model matematyczny bliższy rzeczywistości (ekonomia ; bezpieczeństwo ) Dokładniejsza analiza pracy przekroju (ekonomia ; bezpieczeństwo )
Różnica Porównanie Wniosek Obliczenia dla belki dwuteowej spawanej Obliczenia żeber poprzecznych Imperfekcje Wzory w Eurokodzie znacznieznacznie bardziej skomplikowane niż w Polskiej Normie Wzory w Eurokodzie znacznie bardziej skomplikowane niż w Polskiej Normie Prawie nie brane pod uwagę w Polskiej Normie; często w Eurokodzie Więcej zjawisk wzięto pod uwagę (ekonomia ; bezpieczeństwo ) Więcej zjawisk wzięto pod uwagę(ekonomia ; bezpieczeństwo ) W realnym świecie nie ma konstrukcji bez imperfekcji (bezpieczeństwo ) Elementy wielogałęziowe Sztywność węzłów Wzory w Eurokodzie znacznie bardziej skomplikowane niż w Polskiej Normie Nie analizowana w Polskiej Normie Więcej zjawisk wzięto pod uwagę (ekonomia ; bezpieczeństwo ) Wnioski z pracy realnych konstrukcji pokazują, że jest to ważny aspekt (ekonomia ; bezpieczeństwo )
Różnica Porównanie Wniosek Nośność węzłów doczołowych Nośność węzłów kratownic Nośność spoin Połączenia bez żeber usztywniających Zabezpieczenie przez zwichrzeniem i wyboczeniem płatwi i rygielków obudowy przez obudowę dachu i ścian Wzory w Eurokodzie znacznieznacznie-znacznie bardziej skomplikowane niż w Polskiej Normie Nie analizowana w Polskiej Normie W Eurokodzie wyższa niż w Polskiej Normie Preferowane przez Eurokod Nie analizowane w Polskiej Normie Znacznie dokładniejsza analiza (bezpieczeństwo ) Wnioski z pracy realnych konstrukcji pokazują, że jest to ważny aspekt (bezpieczeństwo ) Model matematyczny bliższy rzeczywistości (ekonomia ) Tańsza konstrukcja: mniej elementów, krótsze spoiny, mniej robocizny (ekonomia ) Blacha fałdowa zabezpiecza elementy; mniejsze przekroje płatwi i rygielków (ekonomia )
Podsumowanie: Stara Polska Norma Model matematyczny mniej dokładny; Część zjawisk nie jest brana pod uwagę; Proste obliczenia; Trochę droższe konstrukcje. Eurokod Dokładniejszy model matematyczny; Wszystkie znane zjawiska brane pod uwagę; Bardziej skomplikowane obliczenia; Konstrukcja tańsza przy tym samym poziomie bezpieczeństwa.
Konstrukcje stalowe Typy i części konstrukcji Powłokowe Cięgnowe Prętowe Specjalne Normalne Rys: Autor Mosty Maszty, wieże Konstruk -cje podsuwnicowe Inne
Rys: carrasquilloassociates.com Rys: wakro.com.pl Konstrukcje powłokowe EN 1993-3-2 EN 1993-4-1 EN 1993-4-2 EN 1993-4-3 Rys: kbpomorze.pl Rys: iniekt-system.pl
Konstrukcje cięgnowe EN 1993-1-11 Rys: us.archello.com Maszty i wieże EN 1993-3-1 Rys: wikipedia Rys: wikipedia
Estakady podsuwnicowe EN 1993-3-6 Rys:galeria.plock24.pl Rys:promag.pl Rys: inzynieria.com Słupy elektroenergetyczne EN 50341-1 Palowanie, ścianki szczelne EN 1993-5 Przekroje zimnogięte EN 1993-1-3 Rys: e-plytawarstwowa.pl
Zwykłe konstrukcje stalowe EN 1993-1-1 EN 1993-1-5 EN 1993-1-8 Rys: metroland.com.au Rys: hale.info Rys: civilengineerspk.com
Części konstrukcji Każda konstrukcja może być podzielona na trzy częśći: elementy połączenia węzły Rys: Autor #3 / 66
Elementy Pręty, belki, dźwigary, płatwie, słupy liczone na poziomie przekroju i poziomie elementu Przykład z projektu obliczeniowego: nośność płatwi i nośność prętów kratownicy poziom przekroju. Stateczność prętów kratownicy poziom elementu. Rys: Autor #3 / 67
Połączenia Spoiny i trzpienie śrub obliczenia na poziomie punktu (spoiny) i przekroju (trzpień śruby nośność na ścinanie i nośność na rozciąganie). Brak obliczeń w założonym zakresie projektu obliczeniowego. W pełnym zakresie projektu: np. nośność spoin między prętami kratownicy, nośność śrub w styku montażowym. Rys: Autor #3 / 68
Węzły Krótki odcinek na końcu elementu, gdzie dochodzi do interakcji elementu z sąsiednim elementem, blachami węzłowymi i trzpieniami śruby. Obliczenia na poziomie przekroju lub elementu. Brak obliczeń w założonym zakresie projektu obliczeniowego. W pełnym zakresie projektu: np. nośność blach węzłowych w styku montażowym, efekty lokalne w węzłach kratownicy, związane z zachowaniem się łączonych prętów. Rys: Autor #3 / 69
Zasada ogólna: kąty między osiami prętów i kąty wewnętrzne blach nie mogą być zbyt małe. β i 30 o Rys: Autor
Kąty wklęsłe na blachach muszą być wykonane w specjalny sposób, by uniknąć pękania β > 180 o Dobrze Dobrze Źle Rys: Autor
Wszystkie konstrukcje omawiane na I stopniu studiów składają się z następujących grup elementów: pokrycie dachu, obudowa ścian #t / 21-28 płatwie #t / 29-40 rygle #t / 41-42 stężenia #t / 43-44 kratownice #t / 45 belki, dźwigary, słupy #t / 46-53 węzły #t / 54-75
Pokrycie dachu, obudowa ścian Płyty warstwowe, panele obudowy lub blachy fałdowe; stalowe lub aluminiowe Rys: steelprofil.pl Rys: amarodachy.pl Rys: pruszynski.com.pl Rys: elewacje-stalowe.pl
Izolacja termiczna Fabrycznie wykonane połączenia Zabezpieczenie płatwi i rygli przed niestatecznością wg EN J J L Rys: steelprofil.pl L J L Rys: pruszynski.com.pl Rys: amarodachy.pl L L J (przez 5 10 lat od zamontowania)
Pokrycie dachu i obudowa ścian może być analizowana na jednym z trzech poziomów dokładności obliczeń: Poziom Tylko ciężar własny Ciężar własny + zabezpieczenie płatwi i rygli przed niestatecznością Ciężar własny + zabezpieczenie płatwi i rygli przed niestatecznością + współpraca przy przenoszeniu obciążeń Comments Najprostszy, najpopularniejszy sposób obliczania (każdy typ pokrycia i obudowy) Zgodnie z EN 1993-1-3 (tylko blachy fałdowe; wyk. #15) lub Obliczenia MES bazujące na wynikach eksperymentów (płyty warstwowe, panele obudowy) Obliczenia MES bazujące na wynikach eksperymentów (każdy typ pokrycia i obudowy)
Obliczanie pokrycia i obudowy: przyjęcie z katalogów grubości płyt lub grubości blach dla konkretnego rozstawu płatwi i obciążenia. Rys: pruszynski.com.pl Rys: concretescrews.org Przy łączeniu pokrycia i obudowy z konstrukcją najczęściej używa się specjalnych śrub samogwintujących. Rys: plyty-abo.pl
Nowoczesna obudowa panele bardzo lekka. Photo: elbet.pl Photo: fdbogucin.pl Photo: steelprofil.pll Photo: r3.forconstructionpros.com Stary typ pokrycia dachu żelbetowe płyty korytkowe bardzo ciężki.
Przykład porównanie obciążeń: Obciążenie Stare Nowoczesne Obudowa ~ 3,70 kn / m 2 ~ 0,15 kn / m 2 (panele / płyty korytkowe + warstwy dodatkowe) Śnieg ~ 1,44 kn / m 2 ~ 1,44 kn / m 2 Wiatr ~ 0,60 kn / m 2 ~ 0,60 kn / m 2 SUMA ~ 5,74 kn / m 2 ~ 2,19 kn / m 2 Płatwie jednoprzęsłowe, 6,00 m długości, 3,00 m rozstawu między płatwiami, S235: Obliczenia Stare Nowoczesne Płatew IPE 240 IPE 180 Ciężar własny płatwi 0,36 kn / m 0,18 kn / m SUMA ~ 17,58 kn / m ~ 6,72 kn / m Wytężenie ~ 93 % ~ 84 %
Oczywiście, nowoczesna obudowa jest lżejsza, płatwie mają mniejsze przerkoej ciężar własny konstrukcji jest mniejszy, zatem cała konstrukcja będzie tańsza. ALE... Śnieg jest obciążeniem klimatycznym; może się zdarzyć że spadnie go więcej niż przewiduje norma. Na przykład: o 30% więcej śniegu. Obciążenie Stare Nowoczesne Obudowa ~ 3,70 kn / m 2 ~ 0,15 kn / m 2 (panele / płyty korytkowe + warstwy dodatkowe) Śnieg + 30% ~ 1,87 kn / m 2 ~ 1,87 kn / m 2 Wiatr ~ 0,60 kn / m 2 ~ 0,60 kn / m 2 SUMA ~ 6,17 kn / m 2 ~ 2,62 kn / m 2
Płatwie jednoprzęsłowe, 6,00 m długości, 3,00 m rozstawu między płatwiami, S235: Obliczenia Stare Nowoczesne Płatew IPE 240 IPE 180 Ciężar własny płatwi 0,36 kn / m 0,18 kn / m Suma (śnieg +30%) ~ 18,97 kn / m ~ 8,01 kn / m Wytężenie (śnieg +30%) ~ 100 % ~ 100 % Wytężenie poprzednio ~ 93 % ~ 84 % Zmiana wytężenia 7% 16% Konstrukcje starego typu są bardziej odporne na nieprzewidziane zwiększenie obciążeń.
Płatwie Obciążenia: Ciężar własny obudowy Ciężar własny płatwi Śnieg Wiatr Obciążenie użytkowe dachu Obciążenia termiczne Obciążenia wyjątkowe Obciążenia w trakcie budowy
Schemat statyczny płatwi: Belka ciągła wieloprzęsłowa - raczej przekroje zimnogięte Rys: Autor Belka jednoprzęsłowa - raczej przekroje gorącowalcowane (zalecane IPE)
Płatwie: zginanie dwukierunkowe i dwukierunkowe ugięcie Zginanie względem osi silnej (y) - duża wartość wskaźnika wytrzymałości, niezbyt duże wytężenie; Zginanie względem osi słabej (z) - mała wartość wskaźnika wytrzymałości, duże wytężenie; wytężenie (z) >> wytężenie (y) Ugięcie względem osi silnej (y) - duża wartość momentu bezwładności, niewielkie przemieszczenie; Ugięcie względem osi słabej (z) - mała wartość momentu bezwładności, duże przemieszczenie; przemieszczenie (z) >> przemieszczenie (y) Photo: M. Łubiński, W. Żółtowski, Konstrukcje Metalowe t. II, Arkady, Warszawa 2004 W przypadku płatwi mogą się pojawić dodatkowe siły osiowe.
Zwykła płatew ta sama rozpiętość w obu kierunkach (l y = l z = l ) q z = q V cos a M Ed, y q y = q V sin a M Ed, z q V M Ed, y q z l 2 M Ed, z q y l 2 q z < q y M Ed, z < M Ed, y but J z << J y W z << W y M Rd, z << M Rd, y jest możliwe, że M Ed, z / M Rd, z > M Ed, y / M Rd, y f y q y l 4 / EJ z f z q z l 4 / EJ y Duże wytężenia i duże ugięcia w obu kierunkach. Jest możliwe, że trzeba będzie przyjąć masywny przekrój z powodu kłopotów z niewielkim obciążeniem na słabej osi. z x a y M Ed, y z x f z y x M Ed, z f y Rys: Autor
Płatwie podwieszone; podwieszenie dodatkowa podpora na kierunku y (podparcie dla słabej osi) q V Rozpiętość dla słabej osi l 1 = l / 2 M Ed, y1 q z l 12 = q z l 2 / 4 = M Ed, y / 4 f y1 q y l 14 / EJ z = q y l 4 / EJ z / 16 = f y /16 Znacznie mniejsze wytężenia i ugięcia na słabej osi. Znacznie ekonomiczniejsze projektowanie: duże wytężenie na osi silnej, małe na osi słabej. z x a y M Ed, y z x f z y x M Ed, z f y Rys: Autor
Rys: Autor Rys: smodiinfrasteel.com Rys: Autor Ściskanie i rozciąganie podwieszeń przy obciążeniu: Parciem wiatru Ssaniem wiatru
W przypadku ściskania wieszaków (pręty okrągłe) dochodzi do ich wyboczenia pod działaniem bardzo niewielkich sił osiowych. Prowadzi to do trwałych deformacji wieszaków i ich trwałego wyłączenia się z pracy. Wyboczony wieszak Płatew Płatew Rys: A. Biegus, Przyczyny przedawaryjnego stanu technicznego płatwi hali stalowej, Budownictwo i Architektura 12 / 2013, 173-180 Rys: dromet.pl Na wieszaki zakładane są śruby rzymskie dla doprężenia wygiętych prętów
Belki ażurowe Rys: zremb-wojkowice.pl Rys: gunungsteel.com Rys: Autor Niezmieniony ciężar własny, znacznie większy moment bezwładności i wskaźnik wytrzymałości dla osi silnej, niezmienione charakterystyki dla osi słabej.
Płatwie kratowe Zwykłe kratownice siły przyłożone są w węzłach. Rys: construdare.com Płatwie kratowe obciążenie ciągłe przyłożone z pokrycia dachowego do pasa górnego. W pasie górnym zginanie z siłą osiową, pas dolny i wykratowanie to klasyczne pręty kratowe (tylko siła osiowa). Rys: Autor
Wiatr W Ciężar własny D Śnieg A Użytkowe I (D + S + I) cos a + W (D + S + I) sin a Belka dwuteowe; zginanie dwukierunkowe. a Rys: Autor Ciężar własny D Śnieg A Użytkowe I D + S + I + W cos a Płatew kratowa - siła osiowa W sin a ma bardzo małą wartość i można ją pominąć. Wszystkie obciążenia działają w płaszczyźnie kratownicy. Potrzebne są dodatkowe kliny dla ustawienia płatwi w płaszczyźnie pionowej. Wiatr W a W sin a Rys: Autor
Zalecany typ płatwi w funkcji rozpiętości / odległości między podporami Rozpiętość < 3 3 4 4 6 6 8 8 9 9 12 12 18 Ciągłe, wieloprzęsłowe, zimnogięte C D Ciągłe, wieloprzęsłowe, podwieszone, zimnogięte Jednoprzęsłowe, gorącowalcoowane Ażurowe D D D C C C Kratowe D D D C D
Podparcie płatwi Rys: Autor Gorącowalcowanych Zimnogiętych Rys: M. Gwóźdź, M. Maślak, Przykłady projektowania wybranych stalowych konstrukcji prętowych, Politechnika Krakowska 2003 Rys: Autor
Rygielki obudowy Obciążenia: Ciężar własny obudowy Ciężar własny rygielków Parcie / ssanie wiatru Obciążenia użytkowe Obciążenia termiczne Obciążenia wyjątkowe Obciążenia podczas budowy Rys: cobouw.pl
Na rygielki nie działa obciążenie śniegiem nie muszą być tak masywne jak płatwie. Rys: newsteelconstruction.com Rys: everfaithsteel.cn Rys: calgor.com.pl Elementy poziome Elementy pionowe (dodatkowe słupki obudowy) Rys: wggstal.pl Rys: wistal.pl
Stężenia ( Wyk # 15) Rys: calgor.com.pl Rys: rafstal-inox.pl Rys: rafstal-inox.pl Rys: EN 1993-1-1 fig. 6.13 Rys: stalhart.pl
Powinniśmy unikać umieszczania stężeń wewnątrz budynków, by zapewnić otwartą przestrzeń użytkową Rys: vmc21.com Rys: muratorplus.pl
Pasy: dwuteowniki gorącowalcowane lub rury Skratowanie: rury Wszystkie elementy I lub II klasy przekroju Współczesne kratownice ( wyk #13) Photo: wikipedia
Rygle, belki, słupy Photo: metroland.com.au Photo: traskostal.pl
Gorącowalcowane: I H Photo: optimax.pl IP HE IPN IPE, IPE-A, IPE-AA IPE-O HEB, HEA, HEAA, HEM Photo: hmsteel.pl Photo: hmsteel.pl
Photo: hmsteel.pl Proporcje przekroju Photo: hmsteel.pl Przekrój J z / J y 100-300 > 300 IP ~ 1 / 13 ~ 1 / 13-1 / 30 HE ~ 1 / 3 ~ 1 / 3-1 / 40
Jaki rodzaj przekroju zalecany dla jakiego obciążenia: IP HE N Ed M y, Ed M z, Ed C C D M y, Ed + M z, Ed C C N Ed + M y, Ed N Ed + M z, Ed D C N Ed + M y, Ed + M z, Ed D C C
Ramy hal stalowych Rys: setrometalgroup.com L < 25-30 m dwuteowniki gorącowalcowane IP L > 25-30 m dwuteowniki spawane IK Rys: traskostal.pl
Ramy szkieletowe (ramy 3d) Photo: metroland.com.au Rygle, belki gorącowalcowane IP, spawane IK Słupy gorącowalcowane IP, HE, spawane IK, HK
Okresy użytkowania - jak długo konstrukcja będzie pełnić swą funkcję Orientacyjny projektowany okres użytkowania (lata) Rys: wikipedia #3 / 27 Przykłady 10 Konstrukcje tymczasowe 10-25 Wymienialne części konstrukcji (belki podsuwnicowe, łożyska) 15-30 Konstrukcje rolnicze i podobne 50 Konstrukcje budynków i inne konstrukcje zwykłe 100 Konstrukcje budynków monumentalnych, mosty i inne konstrukcje inżynierskie EN 1990 tab 2.1
I klasa przekroju - raczej dla konstrukcji o długim czasie życia, mała liczba stężeń. IV klasa przekroju - raczej dla konstrukcji o krótkim i średnim czasie życia, więcej stężeń.
Węzły Dla obliczeń węzłów ważna jest ich sztywność (zależność M-F) M Teoria: Rys: Autor Φ
Rzeczywistość: M Φ Rys: Autor
Zakres 1 Obliczenia ( wyk. # 20, 21): Jakie są granice między 1 i 2 oraz 2 i 3? Jaka jest sztywność analizowanego węzła? Co wynika z nałożenia granic na wykres sztywności? Zakres 2 Rys: Autor Zakres 3 Rys: EN 1993-1-8 fig 5.4
Rys: stelmet.net Rys: ventia.pl Styk śrubowy Styk spawany Dwa typy połączeń stosowanych w konstrukcjach metalowych to śrubowanie i spawanie.
Połączenia quasi-spawane Lutowanie - sklejenie przez obcy metal (lut) Photo: stelmet.net Rys: Autor Zgrzewanie - wzajemne przetopienie elementów Spawanie - wzajemne przetopienie i obcy metal (elektroda) Rys: Autor Rys: Autor
Połączenia trzpieniowe Photo: ventia.pl Rys: Autor Rys: Autor Sworznie Śruby Rys: Autor Nity
Wady i zalety połączeń Śrubowe Spawane Wpływ pogody J L Kwalifikacje robotników J L Połączenie z innymi materiałami J L Możliwość rozebrania J L Niezależność od elektryczności J L Zniszczenie pokryć antykorozyjnych J L Wpływ na właściwości mechaniczne materiału J L Naprężenia i odkształcenia resztkowe J L Zagrożenie pożarowe J L Dowolność wzajemnego położenia elementów L J Jednorodność połączenia L J Czas wykonania L J
Photo: polskiekrajobrazy.pl Pogoda Jakość pracy jest dużo istotniejsza dla połączeń spawanych, niż śrubowych. Photo: kobieta.onet.pl Photo: pytamy.wp.pl Photo: blog-medyczny.pl Zła pogoda wpływa w istotny sposób na jakość pracy ludzi, zatem i na jakość połączeń. Połączenia śrubowe są dużo mniej wrażliwe na niedokładności w pracy.
Kwalifikacje robotników (Prawie) każdy potrafi włożyć śruby w otwór i dokręcić je... Photo: metalmeet.com Photo: pinterest.com
...ale bardzo niewielu ludzi wie, jak wykonać spoiny o dobrej jakosci. Photo: weldreality.com Photo: weldreality.com Photo: weldingtipsandtricks.com Photo: bbs.homeshopmachinist.net Photo: gadzetomania.pl
Inny materiał Nie da się przyspawać stali do betonu. Możliwe jest tylko połączenie na śruby. Rys: Autor Photo: civil-engg-world.blogspot.com
Rozbiórka W przypadku połączeń śrubowych, konstrukcję można bez jej uszkodzenia rozebrać na części składowe i ponownie zmontować w innym miejscu. W przypadku połączeń spawanych, demontaż nie jest możliwy bez zniszczenia (np. pocięcia) elementów. Rys: panoramasilesia.pl Rys: stockfresh.com
Zasilanie Nie możemy spawać bez źródeł zasilania. Natomiast do dokręcania śrub zasilanie nie jest konieczne. Photo: narzedzia.pl Photo: theoildrum.com Photo: stelmet.net
Powłoki antykorozyjne Wysoka temperatura przy spawaniu niszczy powłoki. Photo: archinect.com Photo: wikipedia
Właściwości mechaniczne Temperatura całkowicie zmienia budowę krystaliczną w spoinie i jej sąsiedztwie. Photo: M. Łubiński, W. Żółtowski, Konstrukcje Metalowe t. II, Arkady, Warszawa 2004
Naprężenia i odkształcenia ( wyk. # 8) Po spawaniu pozostają niezerowe wartości naprężeń i odkształceń w materiale.. Rys: intechopen.com Rys: M. Łubiński, W. Żółtowski, Konstrukcje Metalowe t. II, Arkady, Warszawa 2004
Zagrożenie pożarem Photo: dziennik.pl Photo: safetylifethailand.com Photo: naszemiasto.pl Photo: expressilustrowany.pl
Położenie wzajemne elementów ~100 i więcej lat temu, belki dwuteowe wykonywane były jako blachy i kątowniki połączone śrubami. Photo: wikipedia
Kątowniki pozwalają łączyć elementy tylko pod kątem 90 o. Płaskowniki pozwalają łączyć elementy tylko pod kątem 0 o. Photo: fotoszoko.blox.pl Rys: Autor Photo: tuwroclaw.com
W połączeniach spawanych możemy łączyć elementy pod dowolnymi kątami; możemy też spawać elementy okrągłe, np. rury.. Photo: whatsontheare.com Photo: tboake.com Photo: weiku.com Photo: tatasteelconstruction.com
Jednorodność W dobrze wykonanych spoinach nie jesteśmy w stanie wskazać granicy między łączonymi elementami. Photo: roadking.riders.pl Photo: bakertesting.com Photo: weldingtipsandtricks.com
Czas Spawanie może zająć mniej czasu, niż wkładanie i dokręcanie dziesiątków śrub. Photo: steelconstruction.info
Od hali montażowej do placu budowy Konstrukcje stalowe wykonywane są z modułów wysyłkowych, spawanych w hali produkcyjnej i łączonych śrubami na placu budowy. Rys: Autor
Hala produkcyjna połączenia spawane Brak wpływu pogody; Wyspecjalizowane firmy wysokie kwalifikacje spawaczy; Możliwość łatwej rekonstrukcji powłok antykorozyjnych; Możliwość dużego zakresu badań jakości spoin; Możliwość wygrzania elementów (redukcja naprężeń i odkształceń resztkowych); Dobre zabezpieczenia przeciwpożarowe; Plac budowy połączenia na śruby Brak wpływu pogody na połączenia śrubowe; Każdy pracownik (nawet prezes) potrafi założyć śruby,
Konstrukcja będzie przewieziona w segmentach wysyłkowych z hali na plac budowy. Wymiary segmentów są ograniczone. Projektant od początku musi myśleć o konstrukcji jako o zestawie elementów wysyłkowych: podzielić ją na odpowiednie kawałki i zaprojektować styki montażowe. Rys: rolstal-hale.pl Rys: Autor Rys: nh-trans.eu
Projekt musi być idiotoodporny. Rys: Autor Dwa identyczne słupy. Belka połączona jest tylko z jednym z nich, ale oba zaopatrzone są w żebra do połączenia z belką. Dzięki temu nawet w razie pomyłki na montażu i zamienieniu słupów miejscami nie ma żadnego problemu. Jeśli to możliwe, elementy powinny być zunifikowane.
Dokumentacja rysunkowa: Rysunek wstępny koncepcja schematu konstrukcji, ważna dla projektanta (zwykle wyłącznie do użytku wewnętrznego). Na jego podstawie projektant ustala wymiary elementów i położenie węzłów (w tym styków montażowych). Rysunek zestawczy oficjalny schemat konstrukcji, ważny dla pracowników na budowie. Podaje najważniejsze wymiary i symboliczne nazwy łączonych elementów. Wygląda bardzo podobnie do rysunku wstępnego. Rys: Autor
Rysunek warsztatowy pokazuje kształt i wymiary segmentu wysyłkowego. Jest ważny dla robotników w hali montażowej (średnice otworów na sruby, rodzaj i wymiary spoin, wymiary elementów składowych). Rysunek montażowy pokazuje połączenia montażowe. Ważny dla robotników na budowie (rodzaj i średnica śrub; ewentualnie rodzaj i wymiary spoin, jeśli przyjęto spawanie na budowie). W przypadku niewielkich konstrukcji oba rodzaje informacji bywają pokazane na jednym rysunku. Rys: Autor
Zestawienie materiałów: Całkowita masa konstrukcji koszt materiału; Masa modułu wysyłkowego koszt transportu; Ilość śrub, masa spoin, masy segmentów wysyłkowych koszt budowy. Rys: Autor
Montaż próbny konstrukcji przed wysłaniem jej na plac budowy sprawdzenie geometrii. Pozwala to zawczasu wychwycić błędy i pomyłki. Rys: steelkonstruction.info Rys: panama.uela.it
Transport: drogowy kolejowy wodny lotniczy pieszy Rys: dailymail.co.uk Rys: flickriver.com Rys: lotnictwo.net Rys: rent-helicopters.com Rys: inbud.pl
Wymiary segmentów wysyłkowych Skrajnia drogowa najczęściej 12,00 m Długość produkcyjna 12,00-15,00 m Skrajnia kolejowa najczęściej 18,00 m Rys: Autor Potrzebne długości elementów: belki do kilkudziesięciu metrów, słupy do kilkuset metrów.
Oczywiście, potrafimy przewozić nawet bardzo wielkie segmenty, ale jest to bardzo kosztowne (zamknięcie drogi dla normalnego ruchu, organizacja objazdów, nadzór transportu pilotowanego). Taniej jest przewozić konstrukcje w drobnych kawałkach. Rys: petronor.eus
Przepisy narzucają trzy ograniczenia dla segmentów wysyłkowych: max szerokość; max długość; max masa; Maksymalna szerokość wynika ze skrajni transportowej; drogowej lub kolejowej: Rys: drogi.com Maksymalna długość jest zdefiniowana przez specjalne przepisy. Rys: kolej.krb.com.pl Maksymalna masa wynika, przede wszystkim, z udźwigu środka transportu.
Transport kolejowy jest o wiele popularniejszy od wodnego, lotniczego czy pieszego. Ponieważ jednak nie zawsze punkt montażowy i plac budowy lezą koło linii kolejowych, najpopularniejszym rozwiązaniem jest transport drogowy. Rys: sklepdrogowy.pl Na drogach może się pojawić wiele lokalnych ograniczeń. Hala montażowa Rys: Autor Rys: profinfo.pl Plac budowy
Zgodnie z Prawem o Ruchu Drogowym, nie potrzeba specjalnych zezwoleń na transport, jeśli całkowite wymiary (konstrukcja + pojazd) nie przekraczają: szerokość 3,20 m; długość 15,0 m (jeden pojazd) lub 23,0 m (zespół dwu pojazdów) ; wysokość 4,0 m; nacisk na oś 11,5 t; Ogólnie rzecz biorąc, przyjmuje się że bez problemu można przewozić w transporcie drogowym elementy do 12,0 m i do 18,0 m w transporcie kolejowym. Rys: leosped.eu
Montaż: konieczność analizy, ile dźwigów i o jakich parametrach potrzeba do montażu. Dwa najważniejsze parametry dla dźwigu to wysięg ramienia i udźwig. Rys: willbros.com Rys: najem-wynajem.pl Rys: focus.pl
Montaż slupów: ustabilizowanie na śrubach lub płytkach i klinach stalowych. Rys: studio-tm.com Rys: elcosh.org Następnie szczeliny między stalą i żelbetowym fundamentem zapełnia się podlewką cementową. Rys: inzynierbudownictwa.pl
Montaż konstrukcji ustawienie dwu sąsiednich segmentów, podpartych podporami montażowymi. Rys: srt251clji.blogspot.com Rys: spaceevanston.blogspot.com
Kolejny krok: dwa przyległe segmenty łączy się stężeniami w jedną sztywną bryłę. Następnie można do niej dobudowywać kolejne segmenty, nawet jeśli połączone sa tylko płatwiami i rygielkami obudowy. Rys: makosz.com.pl
W ostatnim kroku zakłada się pokrycie dachu i obudowę ścian. Rys: makosz.com.pl
Możliwe jest, że podczas montażu dojdzie do zmiany schematu statycznego konstrukcji. Rys: aecom.com Rys: eaglecrane.ca Rys: Autor Przykład: obciążenie wiatrem w czasie montażu i w czasie eksploatacji zupełnie różne pola powierzchni.
Podczas błędnie prowadzonego transportu lub montażu może dojść do zniszczenia elementu. Rys: eng-tips.com a Rys: wisegeek.com R = g L / (2 sin a) g R = g L / (2 sin a) M max = g L 2 / 8 N c = (g L cos a) / (2 sin a) Rys: Autor
Zagadnienia egzaminacyjne Wady i zalety połączeń spawanych i śrubowych Segmenty wysyłkowe, rodzaje transportu, ograniczenia w transporcie
Dziękuję za uwagę 2017 dr inż. Tomasz Michałowski tmichal@usk.pk.edu.pl