OPIS TECHNICZNY 1.1 Przedmiot opracowania Przedmiotem opracowania jest projekt techniczny dachu kratowego hali produkcyjnej. 1.2 Podstawa opracowania Podstawą formalną niniejszego opracowania są normy : - PN-EN-1993-1-1 - PN-EN-1991-1-3 - PN-EN-1991-1-4 - PN-EN 1993-1-8 1.3 Opis techniczny Stalowy dach kratowy hali produkcyjnej o rzucie prostokątnym o szerokości w osiach równej 25,5 m i długości w osiach 218,5 m. Osiowy rozstaw kratownic wynosi 9,5 m. Połać dachu nachylona jest pod kątem 5. Pokrycie dachu jest wykonane z dachowych płyt warstwowych BALEXMETAL typu BALEXTHERM D z rdzeniem ze sztywnej pianki poliuretanowej w okładzinach z blachy stalowej o grubości mierzonej na fałdzie - 150 mm. Elementy kratownicy zaprojektowano ze stali S275. Płatwie dachu zaprojektowano z dwuteownika 120 Pas dolny kratownicy został zaprojektowany z kształtowników ½ HEB 160. Pas górny kratownicy zaprojektowano z kształtowników ½ HEB 240. Krzyżulce zaprojektowano z kształtowników zamkniętych kwadratowych wykonanych na gorąco 60 x 60 x 8 [mm]. Słupki zaprojektowano z kształtowników zamkniętych kwadratowych wykonanych na gorąco 60 x 60 x 6,3 [mm]. Stężenia połaciowe zaprojektowano wzdłuż jak i w poprzek hali. Poszczególne elementy kratownicy połączone są ze sobą spawami pachwinowymi za pomocą blach węzłowych wykonanych ze stali S 275 o grubości 7 mm oraz styków montażowych skręcanych śrubami w klasie 8.8 Hala produkcyjna, dla której jest wykonywany projekt stalowego dachu kratowego jest zlokalizowana we Koszalinie na wys. 32 m n.p.m. w I strefie obciążenia śniegiem oraz I strefie wiatrowej. 1
ZESTAWIENIE OBCIĄŻEŃ STAŁYCH Płyta PWD 0,14kN/m 2 Płatwie, Stężenia- 0,1kN/m 2 Razem 0,24kN/m 2-0,24/cos5 o = 0,24kN/m 2 Kratownica ci. własny- 0,266kN/m 2 - = 0,27kN/m 2 Razem: 0,51kN/m 2 charakterystyczne obliczeniowe Obciążenia stałe węzła: A i K 9,5m 2,56m 0,5 0,51kN/m 2 = 6,20kN 1,35 = 8,37 kn Obciążenia stałe węzła: B,C,D,E,F,G,H,I,J 9,5m 2,56m 0,51kN/m 2 = 12,40kN 1,35 =16,74 kn Obliczenie obciążenia od śniegu (hala zlokalizowana w Koszalinie ) 2
Obciążenie śniegiem 1 s=μ i *C e *C t *S k 0,72 S*1,5 1,08 kn/m 2 współczy.kształtu dachu 1 współczy.kształtu dachu 2 μ μ 0,8 μ= μ1(α) 0,4 μ=0,5 μ1(α) Tablica5.2 μ 1 0,8 współczynnik ekspozycji C e 1 współczynnik termiczny 1 C t wart.char.obciąż.śni.gruntu S k 0,9 (kn/m 2 ) tabela stref kąt nachylenia dachu α 5 charakterystyczne obliczeniowe Obciążenia stałe węzła: A i K 9,5m 2,55m 0,5 0,72kN/m 2 = 8,72kN 1,5 =13,08 kn Obciążenia stałe węzła: B,C,D,E,F,G,H,I,J 9,5m 2,55m 0,72kN/m 2 = 17,44kN 1,5 =26,16 kn Obliczenie obciążenia od wiatru Lokalizacja: Koszalin Rozpiętość kratownicy: 29,5 m Rozstaw kratownic: 9,5 m Wysokość w kalenicy: 8,5 m Dach dwupołaciowy o kącie nachylenia połaci a = 5 3
Wyznaczenie podstawowej prędkości wiatru Lokalizacja:Koszalin wys. A =32m npm Strefa obciążeń wiatrem 1 gdzie: V b bazowa prędkość wiatru V b = C dr C season V b,0 C dr - współczynnik kierunkowy wartość najbardziej niekorzystna wg tabeli NA.2 zakłada kierunek wiatru 0 w II strefie wiatrowej C dr = 1 C season współczynnik pory roku C e = 1,0 V b,0 wartość podstawowej bazy wiatru (Koszalin strefa II, A < 300m V b,0 = 26 m/s V b = 1,0 1,0 26 = 26 m/s Wyznaczenie bazowego ciśnienia prędkości wiatru gdzie: q b = 1/2 r air V b 2 q b - bazowe ciśnienie prędkości wiatru r air gęstość powietrza r air = 1,25 kg/m 3 q b = 1/2 1,25 26 2 = 422,5 N/ m 2 Teren kategorii IV - wymiar chropowatości ( wg. tabeli 4.1) z 0 = 1,0m - wysokość minimalna ( wg. tabeli 4.1) z min = 10 m Współczynnik chropowatości dla terenu kategorii IV ( wg. tablicy NA.3) - wysokość kalenicy z = 8,5 m C r(z) = 0,6 (z/10) 0,24 = C r(z) = 0,6 (8,5/10) 0,24 = 0,58 C r(z) = 0,58 Współczynnik rzeźby terenu: Przyjmuję, że teren jest płaski, czyli nie ma konieczności zwiększania prędkości wiatru ze względu na ukształtowanie terenu C 0(z) = 1,0 Średnia prędkość wiatru: V m(z) = C rz C 0z V b 4
V m(z) = 0,58 1 26= 15,08m/s V m(z) = 15,08m/s Współczynnik ekspozycji dla terenu kat. IV ( wg.tab. NA.3 ): C e(z) = 1,5 (z/10) 0,29 = C e(z) = 1,5 (8,5/10) 0,29 = 2,3 C e(z) = 1,43 Wartość szczytowa ciśnienia prędkości: q p(z) = C ez q b = q p(z) = 1,43 422,5 = 604,18N = 0,6kN/m 2 5
Liczenie obciążeń na poszczególne węzły od wiatru Wiatr prostopadle do hali- ssanie Współczynnik ciśnienia zewnętrznego dla dachu dwuspadowego o kącie nachylenia 5 o F G H I J -1,7-1,2-0,6-0,6-0,6 Węzeł: A 9,5m 2,56m 0,5 G = 12,16m 2-1,2= -14,59 Węzeł: B 9,5m (1,28m+0,86m) H +9,5m 0,42m G = 20,33m 2-0,6+3,99m 2-1,2= -16,99 Węzeł: C,D,E 9,5m 2,56m H = 24,32m 2-0,6= -14,59 Węzeł: F 9,5m 2,56m 0,5 H = 12,16m 2-0,6= -7,30 9,5m 2,56m 0,5 J = 12,16m 2-0,6= -7,30 Węzeł: G 9,5m 0,42m J + 9,5m (0,86 +1,28) I= 3,99m 2-0,6+20,33m 2-0,6= -14,59 Węzeł: H,I,J 9,5m 2,56m I = 24,32m 2-0,6= -14,59 6
Węzeł: K 9,5m 2,56m 0,5 I = 12,16m 2-0,6= -7,30 Wiatr prostopadle do hali parcie Współczynniki ciśnienia zewnętrznego dla dachu dwuspadowego o kącie nachylenia 5 o F G H I J 0 0 0 0 +0,2 Węzeł: A 9,5m 2,56m 0,5 G = 12,16m 2 0= 0 Węzeł: B 9,5m (1,28m+0,86m) H +9,5m 0,42m G = 20,33m 2-0+3,99m 2 0= 0 Węzeł: C,D,E 9,5m 2,56m H = 24,32m 2 0=0 Węzeł: F 9,5m 2,56m 0,5 H = 12,16m 2 0= 0 9,5m 2,56m 0,5 J = 12,16m 2 0,2=2,43 Węzeł: G 9,5m 0,42m J + 9,5m (0,86 +1,28) I= 3,99m 2 0,2+20,33m 2 0= 0,80 Węzeł: H,I,J 9,5m 2,56m I = 24,32m 2-0= 0 Węzeł: K 9,5m 2,56m 0,5 I = 12,16m 2 -= 0 7
Wiatr wzdłuż hali Współczynniki ciśnienia zewnętrznego dla dachu dwuspadowego o kącie nachylenia 5 o F G H I -1,6-1,3-0,7-0,6 Węzeł: A,K 9,5m 2,56m 0,5 G = 12,16m 2-0,6= -7,30 Węzeł: B,C,D,EF,G,H,I,J 9,5m 2,56m H = 24,32m 2-0,6= -14,59 Węzeł: G 9,5m 2,56m 0,5 G = 12,16m 2-0,6= -7,30 9,5m 2,56m 0,5 G = 12,16m 2-0,6= -7,30 8
PAS DOLNY- wymiarowanie Przyjęto profil połówka dwuteownika szerokostopowego 1/2HEB 160- stal S275 h=80mm e=1,48cm A=27,1cm 2 i y =1,83cm i z =4,05cm t w =8mm t f =13mm r= 15mm Sprawdzenie nośności na rozciąganie f y - 275MPa A c - 27,1cm 2 N ed - 597,73kN Ƴ MO -1 N plrd = Af y Υ MO N plrd = 27,1 10 4 275 10 3 =745,25 kn 1 N plrd = 597,73 745,25 =0,80<1 Sprawdzenie nośności na ściskanie N ed - 21,95 kn L y- 2,55m L z = 5,10m A 0r = 0,7 f y A 0r = 21,95 104 =1,14 cm2 3 0,7 275 10 9
Klasa przekroju Środnik ϵ= 235 275 =0,92 d= h t f - r = 80-13-15=52 d = 52 =6,5<10ϵ klasa 1 t w 8 Stopka c= b f /2 -t w /2 -R= 160/2-8/2-15= 61 c = 61 =4,69<9ϵ klasa 1 t f 13 Kształtownik jest klasy 1 Sprawdzenie nośności na wyboczenie elementu ściskanego Długość wyboczeniowa L cr,y =2,55m, i y =1,83cm L cr,z =5,10m, i z =4,05cm λ cr, y = L cr, y i y λ cr, y = 255 1,83 =139,34 λ cr, z = L cr, z i z 10
λ cr, z = 510 4,05 =125,93 Smukłość porównawcza λ 1 =93,9ε =93,9 235 275 =86,80 Współczynnik wyboczenia- krzywa c λ y = λ cr, y = 139,34 =1,61 χ =0,28 λ 1 86,8 λ z = λ cr, z λ = 125,93 =1,45 χ =0,31 1 86,80 Obliczeniowa nośność na wyboczenie elementu ściskanego N b, Rd, y = χ Af y γ =0,28 27,1 10 4 275 10 3 =208,67 kn MI 1 N brd, y = 21,59 208,67 =0,10 N b, Rd, z = χ Af y γ =0,31 27,1 10 4 275 10 3 =231,03 kn MI 1 N brd, z = 21,59 231,03 =0,09 Przekrój jest wystarczający 11
PAS GÓRNY- wymiarowanie Przyjęto profil połówka dwuteownika szerokostopowego 1/2HEB 240- stal S275 h=120mm e=2,06cm A=63,00cm 2 i y =2,74cm i z =6,08cm t w =10mm t f =17mm r= 21mm Sprawdzenie nośności na rozciąganie f y - 275MPa A c - 63,00cm 2 N ed - 26,04kN Ƴ MO -1 N plrd = Af y Υ MO N plrd = 63 10 4 275 10 3 =1732,5 kn 1 N plrd = 26,04 1732,5 =0,02<1 Sprawdzenie nośności na ściskanie N ed - 606,36kN L y- 2,56m L z = 5,12m A 0r = 0,7 f y A 0r = 606,36 104 0,7 275 10 3 =31,5cm2 12
Klasa przekroju Środnik ϵ= 235 275 =0,92 d= h t f - r = 120-17-21=82 d = 82 =8,2<10ϵ klasa 1 t w 10 Stopka c= b f /2 -t w /2 -R= 240/2-10/2-21= 94 c = 94 =5,53<9ϵ klasa 1 t f 17 Kształtownik jest klasy 1 Sprawdzenie nośności na wyboczenie elementu ściskanego Długość wyboczeniowa L cr,y =2,56m, i y =2,74cm L cr,z =5,12m, i z =6,08cm λ cr, y = L cr, y i y λ cr, y = 256 2,74 =93,43 λ cr, z = L cr, z i z λ cr, z = 512 6,08 =84,21 13
Smukłość porównawcza λ 1 =93,9ε =93,9 235 275 =86,80 Współczynnik wyboczenia- krzywa c λ y = λ cr, y λ = 93,43 =1,08 χ =0,5 1 86,8 λ z = λ cr, z = 84,21 =0,97 χ =0,56 λ 1 86,80 Obliczeniowa nośność na wyboczenie elementu ściskanego N b, Rd, y = χ Af y γ =0,5 53 10 4 275 10 3 =728,75 kn MI 1 N brd, y = 606,36 728,75 =0,83 N b, Rd, z = χ Af y γ =0,56 53 10 4 275 10 3 =816,20 kn MI 1 N brd, z = 606,36 816,20 =0,74 Przekrój jest wystarczający 14
SŁUPKI- wymiarowanie Przyjęto profil kształtownik zamknięty kwadratowy wykonany na gorąco 60x60x6,3- stal S275 Sprawdzenie nośności na rozciąganie f y - 275MPa A c - 13,1,00cm 2 N ed -15,01kN Ƴ MO -1 N plrd = Af y Υ MO N plrd = 13,1 10 4 275 10 3 =360kN 1 N plrd = 15,01 360 =0,04<1 Sprawdzenie nośności na ściskanie N ed - 233,84kN L- 1,5m A 0r = 0,7 f y A 0r = 233,84 104 =12,15 cm2 3 0,7 275 10 15
Przyjęto kształtownik kwadratowy zamknięty wykonany na gorąco 60x60x6,3 stal S275 A=13,1cm 2 R=6,3mm t =6,3mm i y =i z = 2,17cm b=60mm ϵ= 235 275 =0,92 Klasa przekroju c t = b 2 t 2 R = 60 2 6,3 2 6,3 =5,52<33ε t 6,3 Kształtownik jest klasy 1 Sprawdzenie nośności na wyboczenie elementu ściskanego Długość wyboczeniowa Lcr,y=Lcr,z =1,50m, i y =i x = 2,17cm λ cr, y =λ cr, z λ cr, y = L cr, y i y λ cr, y = 150 2,17 =69,12 Smukłość porównawcza λ 1 =93,9ε =93,9 235 275 =86,80 16
Współczynnik wyboczenia λ z =λ y Krzywa -a λ y = λ cr, y λ = 69,12 =0.80 χ =0,79 1 86,80 Obliczeniowa nośność na wyboczenie elementu ściskanego N b, Rd = χ Af y γ =0,61 13,1 10 4 275 10 3 =284,60kN MI 1 N brd = 233,84 284,60 =0,82 Przekrój jest wystarczający 17
KRZYŻULCE- wymiarowanie Przyjęto profil kształtownik zamknięty kwadratowy wykonany na gorąco 60x60x8- stal S275 Sprawdzenie nośności na rozciąganie f y - 275MPa A c - 16,00cm 2 N ed -364,66kN Ƴ MO -1 N plrd = Af y Υ MO N plrd = 16 10 4 275 10 3 =440kN 1 N plrd = 364,66 440 =0,83<1 Sprawdzenie nośności na ściskanie N ed - 20,79kN L- 3,46m Przyjęto kształtownik kwadratowy zamknięty wykonany na gorąco 60x60x8 stal S275 A=16cm 2 R=8mm i y =i z = 2,09cm b=60mm 18
t =8mm ϵ= 235 275 =0,92 Klasa przekroju c t = b 2 t 2 R = 60 2 8 2 8 =3,5<33ε t 8 Kształtownik jest klasy 1 Sprawdzenie nośności na wyboczenie elementu ściskanego Długość wyboczeniowa Lcr,y=Lcr,z =3,46m, i y =i x = 2,09cm λ cr, y =λ cr, z λ cr, y = L cr, y i y λ cr, y = 346 2,09 =165,55 Smukłość porównawcza λ 1 =93,9ε =93,9 235 275 =86,80 Współczynnik wyboczenia λ z =λ y Krzywa -a 19
λ y = λ cr, y λ = 165,55 =1,91 χ =0,22 1 86,80 Obliczeniowa nośność na wyboczenie elementu ściskanego N b, Rd = χ Af y γ =0,22 16 10 4 275 10 3 =96,8kN MI 1 N brd = 20,79 96,80 =0,39 Przekrój jest wystarczający Projektowanie połączeń spawanych krzyżulców z pasem dolnym i górnym Krzyżulce zaprojektowane z kształtownika zamkniętego kwadratowego 60x60x8 stal S275 Słupki zaprojektowane z kształtownika zamkniętego kwadratowego 60x60x6,3 stal S275 f y = 275 MPa f u = 430 MPa t = 6,3mm ϒ M2 = 1,25 β = 0,8 Grubość spoin jest ograniczona warunkami: 0,2t = 0,2 6,3= 1,3mm a min = max =3mm 3mm a max = min Przyjęto spoinę 0,7t = 0,7 6,3= 4,4mm 16mm a= 4mm =4,4mm 20
Wytrzymałość obliczeniowa spoin pachwinowych dla stali S275= f vw.d = f u/ 3 β γ M2 430 / 3 f vw.d = =248,26 Mpa 0,8 1,25 F ed <l w F w,rd to gdzie: l w F Ed F w.rd F w,rd =f vw,d a w Węzeł N Max. obciążenia w krzyżulcach i słupkach K33= 224,53kN S23= 125,72kN dla krzyżulca K33 max obciążenie 224,53kN 224,53 10 3 l w =0,23 m=230mm 4 10 3 6 248,26 10 przyjęto l w = 4 x 60mm dla słupka S23 max obciążenie 125,72kN 125,72 10 3 l w =0,13 m=130mm 4 10 3 6 248,26 10 przyjęto l w = 4 x 40mm 21
Węzeł C Max. obciążenia w krzyżulcach i słupkach K34= 122,48kN S23= 125,72kN dla krzyżulca K34 max obciążenie 122,48kN 122,48 10 3 l w =0,12 m=120mm 4 10 3 6 248,26 10 przyjęto l w = 4 x 30mm dla słupka S23 max obciążenie 125,72kN 125,72 10 3 l w =0,13 m=130mm 4 10 3 6 248,26 10 przyjęto l w = 4 x 40mm Węzeł O Max. obciążenia w krzyżulcach i słupkach K34= 122,48kN S24= 67,24kN dla krzyżulca K34 max obciążenie 122,48kN 122,48 10 3 l w =0,12 m=120mm 4 10 3 6 248,26 10 przyjęto l w = 4 x 30mm dla słupka S24 max obciążenie 67,24kN 67,24 10 3 l w =0,07 m=70mm 4 10 3 6 248,26 10 22
przyjęto l w = 4 x 30mm Węzeł D Max. obciążenia w krzyżulcach i słupkach K35= 34,07kN S24= 67,24kN dla krzyżulca K35 max obciążenie 34,07kN 34,07 10 3 l w =0,03 m=30mm 4 10 3 6 248,26 10 przyjęto l w = 4 x 30mm dla słupka S24 max obciążenie 67,24kN 67,24 10 3 l w =0,07 m=70mm 4 10 3 6 248,26 10 przyjęto l w = 4 x 30mm 23