background image

Przykład obliczeniowy  
 
UWAGA: W obliczeniach uwzględnić postanowienia Załącznika Krajowego oraz aktualne 
poprawki do normy. 
 

Połączenie doczołowe ramy portalowej w okapie 
 

1. Dane 
  

   

  

  

  

Podstawowe parametry połączenia 
Słup 

IPE 500    stal S355 

Rygiel 

IPE 450    stal S355 

Typ połączenia Doczołowe na śruby zwykłe (kat. A) 
Blacha czołowa 

990 × 200 × 20    stal  S355 

Śruby 

M24, kl. 8.8 

 
 
Słup IPE 500, stal S355  

Wysokość profilu h

c

 = 500 mm  

Szerokość stopki b

c

 = 200 mm  

Grubość środnika t

wc

 = 10,2 mm  

Grubość pasa t

fc

 = 16,0 mm  

Promień wyokrąglenia r

c

 = 21 mm  

Pole pow.  A

c

 = 116 cm

2

  

Moment bezwładności I

y,c

 = 48200 cm

4

  

Wysokość środnika między wyokrągleniami d

c,c

 = 426 mm  

Granica plastyczności f

y,c

 = 355 N/mm

2

  

Wytrzymałość na rozciąganie f

u,c

 = 510 N/mm

2

  

background image

 Rygiel IPE 450, stal S355  

Wysokość profilu h

b

 = 450 mm  

Szerokość stopki b

b

 = 190 mm  

Grubość środnika t

wb

 = 9,4 mm  

Grubość pasa t

fb

 = 14,6 mm  

Promień wyokrąglenia r

b

 = 21 mm  

Pole pow. A

b

 = 98,8 cm

2

  

Moment bezwładności I

y,b

 = 33740 cm

4

  

Wysokość środnika między wyokrągleniami d

c,b

 = 378,8 mm  

Wysokość środnika w świetle pasów h

i,b

 = 420,8 mm  

Granica plastyczności f

y,b

 = 355 N/mm

2

  

Wytrzymałość na rozciąganie f

u,b

 = 510 N/mm

 

  
Skos IPE 450, stal S355  

Wysokość profilu h

h

 = 450 mm  

Szerokość stopki b

h

 = 190 mm  

Grubość środnika t

wh

 = 9,4 mm  

Grubość pasa t

fh

 = 14,6 mm  

Promień wyokrąglenia r

h

 = 21 mm  

Granica plastyczności f

y,h

 = 355 N/mm

2

  

Wytrzymałość na rozciąganie f

u,h

 = 510 N/mm

2

  

  
Blacha czołowa 990 × 200 × 20, stal S355  

Wysokość h

p

 = 990 mm  

Szerokość b

p

 = 200 mm  

Grubość  t

p

 = 20 mm  

Granica plastyczności f

y,p

 = 355 N/mm

2

    

Wytrzymałość na rozciąganie f

u,p

 = 510 N/mm

2

  

  
  
Liczba rozciąganych szeregów śrub n

t

 = 5  

Liczba ścinanych szeregów śrub n

s

 = 2  

Odległość od górnej krawędzi blachy do pierwszego szeregu śrub e

x

 = 50 mm  

Odległość od krawędzi słupa do pierwszego szeregu śrub e

1

 = 50 mm  

Rozstaw szeregów w strefie rozciągania p = 90 mm  
Odległość pomiędzy ostatnim szeregiem śrub rozciąganych a pierwszym szeregiem śrub ścinanych 
 p

2

 = 90 mm  

Rozstaw szeregów w strefeie ścinania p

3

 = 90 mm  

Odległość od górnej powierzchni rygla do górnej krawędzi blachy czołowej d

1

 = 90 mm  

Odległość między pierwszym szeregiem śrub rozciąganych a szeregiem śrub pod pasem górnym rygla 
d

2

 = 100 mm  

Odległość od ostatniego szeregu śrub ścinanych do dolnej powierzchni pasa skosu  d

3

 = 90 mm  

Odległość pomiędzy dolną powierzchnią pasa skosu a dolną krawędzią blachy czołowej e

pl

 = 40 mm  

Odległość od bocznej krawędzi blachy czołowej do linii śrub e

p

 = 50 mm  

Odległość od krawędzi pasa słupa do linii śrub e

c

 = 50 mm  

Rozstaw linii śrub w = 100 mm  
  
Śruby M24, kl.8.8  
Pow. czynna rdzenia śruby A

s

 = 353 mm

2

  

Nominalna średnica śruby d = 24 mm  
Średnica otworu d

0

 = 26 mm  

Granica plastyczności f

yb

 = 640 N/mm2  

Wytrzymałość na rozciąganie  f

ub

 = 800 N/mm2  

  
 
 
 

background image

Częściowe współczynniki bezpieczeństwa                       PN-EN 1993-1-1 §6.1 , Uwaga 2B + NA.14 
γ

M0

 = 1,0  

γ

M,1

  = 1,0  

γ

M,2

  = 1,25 (przy ścinaniu w SGN)  

 
Parametry stali 
Moduł sprężystości    = 210000 N/mm

2

   

  
Siły obliczeniowe w połączeniu  
M

Ed

 = 880 kNm  

N

Ed

 = 175 kN  

V

Ed

 = 200 kN  

  
Dodatkowe dane geometryczne   (wg PN-EN 1993-1-8, rys. 6.2) 

  

   

 

   

   

  

   

   

   

  

   

   

   

  

   

  

  
Odległości od krawędzi  

  

   

  

   

   

  

background image

   

   

  
Pole pow. słupa (wg PN-EN 1993-1-1 §6.2.6 (3)) 

  

   

   

  

  
 
Nośność śruby  (PN-EN 1993-1-8 Tabl. 3.4) . 

  

  = 203 kN (dla jednej śruby)  

 
  
  

2. Spoiny 

  
2.1 Spoina pomiędzy pasem rozciąganym a blachą czołową  
  
Potrzebną grubość spoiny można wyznaczyć na podstawie wzoru przybliżonego  

   

przyjęto 

   

  
2.2 Spoina pomiędzy blachą czołową a środnikiem rygla 
  
Potrzebną grubość spoiny można wyznaczyć na podstawie wzoru przybliżonego  

   

przyjęto,  

   

  
2.3 Spoiny pasa ściskanego  
  
Zakładając zapewnienie docisku pomiędzy pasem dolnym rygla (ew.skosu) a powierzchnią blachy 
czołowej grubość spoiny można przyjąć konstrukcyjnie. Grubość pasa skosu wynosi 14,6 mm, zatem 
należy zastosować spoinę o gr. 6 mm (dla pasów o gr. poniżej 12mm przyjmuje się spoiny o gr. 5mm). 

   

   
3 Potencjalna nośność szeregów śrub na rozciąganie 
  
3.1 Szereg nr 1  
  
3.1.1 Strona słupa 
  
Długość efektywna  
Długość efektywna zastępczego króćca teowego może być wyznaczona jako wartość minimalna z 
podanych poniżej wyrażeń: 
 

background image

   

   

   

   

   

 

   

   

  
Pas słupa przy zginaniu  
 
Forma 1; Metoda 1  
  

   

   

  

   

׵ 

 

  
Forma 2  
  

   

   

  

   

׵ 

 

  
Forma 3  
  

   

  

   
Zgodnie z powyższym nośność pasa słupa przy zginaniu wynosi:  

   

   

  
 
 

background image

Środnik słupa przy rozciąganiu porzecznym 
  

   

  
Zgodnie z geometrią połączenia (PN-EN 1993-1-8 Tabl. 5.4) 

  

 
stąd,  

                 (PN-EN 1993-1-8 Tabl. 6.3) 

 

                  (PN-EN 1993-1-8 §6.2.6.3 (3)) 

 

   

  

   

  

   

  

   

   

  
  
  
3.1.2 Strona rygla 
  
Długość efektywna 
Długość efektywna zastępczego króćca teowego może być wyznaczona jako wartość minimalna z 
podanych poniżej wyrażeń: 
 

   

   

   

   

   

   

   

 

   

  

 
 
 
 

background image

Blacha czołowa przy zginaniu 
  
Forma 1; Metoda 1  
  

   

   

  

   

   

  
Forma 2  
  

   

   

  

   

   

  
Forma 3  
  

   

   

  
Zgodnie z powyższym nośność blachy czołowej przy zginaniu wynosi,  
  

   

  

   

  
3.2 Szereg nr2  
  
3.2.1 Strona słupa 
  
Długość efektywna 
Długość efektywna zastępczego króćca teowego może być wyznaczona jako wartość minimalna z 
podanych poniżej wyrażeń: 
 
 
 
 
 
  

background image

   

   

   

   

   

   

   

  

   

   

  
Pas słupa przy zginaniu 
  
Forma 1; Metoda 1  
  

   

   

  

   

   

  
Forma 2  
  

   

   

  

   

   

 
 
 
 
 

background image

Forma 3  
  

   

  

  
Zgodnie z powyższym nośność pasa słupa przy zginaniu wynosi: 

   

   

  
Środnik słupa przy rozciąganiu poprzecznym 
  

   

   

  

   

  

   

  

   

 

  
3.2.2 Strona rygla 
  
Długość efektywna 
Długość efektywna zastępczego króćca teowego może być wyznaczona jako wartość minimalna z 
podanych poniżej wyrażeń: 
 
 

   

   

  

  zależy od 

  oraz 

 , zdefiniowanych następująco (por. PN-EN 1993-1-8, rys. 6.11):  

   

   

 

   

   

  
stąd,  

   

  

background image

   

  

   

   

  
Blacha czołowa przy zginaniu 
  
Forma 1; Metoda 1  
  

   

   

  

   

   

  
Forma 2  
  

   

   

  

   

   

  
Forma 3  
  

   

  

  
Zgodnie z powyższym nośność blachy czołowej przy zginaniu wynosi,  
 

   

   

  
Środnik rygla przy rozciąganiu 
  

   

   

   

  

background image

׵ 

   

  
  
  
3.3 Szereg nr 3  
  
3.3.1 Strona słupa  
  
Długość efektywna 
Długość efektywna zastępczego króćca teowego może być wyznaczona jako wartość minimalna z 
podanych poniżej wyrażeń: 
 

   

   

   

   

   

   

   

  
Pas słupa przy zginaniu 
  
Forma 1; Metoda 1  
  

   

   

  

   

   

  
Forma 2  
  

   

   

  

   

   

  

background image

Forma 3  
  

   

   

  
Zgodnie z powyższym nośność pasa słupa przy zginaniu wynosi,  
  

   

  
Środnik słupa przy rozciąganiu poprzecznym 
  

   

   

   

   

  

   

   

  
3.3.2 Strona rygla 
  
Długość efektywna 
Długość efektywna zastępczego króćca teowego może być wyznaczona jako wartość minimalna z 
podanych poniżej wyrażeń: 
  
  

   

   

   

   

  
Blacha czołowa przy zginaniu 
  
Forma 1; Metoda 1   

   

   

  

   

   

background image

  
Forma 2  
  

   

   

  

   

   

  
Forma 3  
  

   

   

  
Zgodnie z powyższym nośność blachy czołowej przy zginaniu wynosi, 
  

   

.  

  
Środnik rygla przy rozciąganiu 
  

   

   

   

  

 

   

  
  
3.4 Szereg nr 4  
  
3.4.1 Strona słupa  
  
Długość efektywna 
Długość efektywna zastępczego króćca teowego może być wyznaczona jako wartość minimalna z 
podanych poniżej wyrażeń: 
 

   

   

   

   

background image

   

   

   

  
Pas słupa przy zginaniu 
  
Forma 1; Metoda 1  
  

   

   

  

   

   

  
Forma 2  
  

   

   

  

   

   

  
Forma 3  
  

   

   

  
Zgodnie z powyższym nośność pasa słupa przy zginaniu wynosi,  
  

   

   

  
Środnik słupa przy rozciąganiu poprzecznym 
  

   

   

background image

   

   

  

   

   

  
3.4.2 Strona rygla 
  
 

   

   

   

   

  
Blacha czołowa przy zginaniu 
  
Forma 1; Metoda 1  
  

   

   

  

   

   

  
Forma 2  
  

   

   

  

   

   

  
Forma 3  
  

   

   

  
Nośność blachy czołowej przy zginaniu wynosi,  

background image

  

   

   

  
Środnik rygla przy rozciąganiu 
  

   

   

   

  

   

  
  
3.5 Szereg nr 5  
  
3.5.1 Strona słupa 
 Długość efektywna 
Długość efektywna zastępczego króćca teowego może być wyznaczona jako wartość minimalna z 
podanych poniżej wyrażeń: 
 

   

   

   

   

   

 

   

  
Pas słupa przy zginaniu 
  
Forma 1; Metoda 1  
  

   

   

  

   

   

  
 

background image

Forma 2  
  

   

   

  

   

   

  
Forma 3  
  

   

   

  
Zgodnie z powyższym nośność pasa słupa przy zginaniu wynosi, 
  

   

   

  
Otrzymana nośność szeregu śrub nr 5 jest większa niż jakiegokolwiek porzedniego szeregu. Nośność 
szeregu należy zatem ograniczyć do nośności szeregu nr 4. 
 Przyjęto, 

   

  
Środnik słupa przy rozciąganiu poprzecznym 
  

   

   

  
Zgodnie z geometrią połączenia  

   

stąd,  

   

 
 
 
 

background image

   

  

   

   

  
3.5.2 Strona rygla 
  
Długość efektywna 
Długość efektywna zastępczego króćca teowego może być wyznaczona jako wartość minimalna z 
podanych poniżej wyrażeń: 
 
 

   

   

   

   

  
Blacha czołowa przy zginaniu 
  
Forma 1; Metoda 1  
  

   

   

  

   

   

  
Forma 2  
  

   

   

  

   

   

  
Forma 3  
  

   

   

  
 

background image

Zgodnie z powyższym nośność blachy czołowej przy zginaniu wynosi, 
  

   

   

  
Środnik rygla przy rozciąganiu 
  

   

   

   

  
W ostatnim szeregu śrub potencjalna nośność na rozciąganie zostanie ograniczona do nośności 
poprzedniego szeregu, stąd 
 

   

 

   

 
Podsumowując.  

   
   

   
   
   

  
4. Oszacowanie nośności strefy ściskania  
  
Warunek nośności ma postać, 

 . 

Działająca siła ściskająca jest sumą obliczeniowych nośności szeregów śrub na rozciąganie,  

   

Obliczeniowa nośność na ściskanie strefy ściskania jest mniejszą z wartości obliczeniowych nośności: 

-  środnika słupa na ściskanie, 
-  pasa i środnika skosu na ściskanie, 

tj., 

   

  
4.1 Środnik słupa przy ściskaniu poprzecznym  
  
Nośność środnika można wyznaczyć za pomocą formuły, 
 

  

 
 
 
 

background image

Zgodnie z geometrią połączenia 

   

stąd, 

   

  
gdzie, 

   

  
oraz  

   

  

   

  

   

  
Conservatively:  

   

  

׵

   

  

   

gdzie, 

   

   

  

   

   

  

   

 

  

   

 
Nośność środnika słupa na ściskanie jest bardzo niewielka w porównaniu do działającej siły; należy 
zastosować żebro usztywniające w poziomie pasa skosu. 
 
  

background image

Nośność obliczeniowa żebra na ściskanie została obliczona zgodnie z §9.1(3) normy PN-EN 1993-1-5.   

 

Przy uwzględnieniu nośności żebra usztywniającego warunek nośności strefy ściskania jest spełniony.  
 
4.2 Pas i środnik skosu przy ściskaniu  
 
Warunek nośności 

   

 
gdzie, 

   

Sprężysty wskaźnik wytrzymałości wynosi, 

   

   

  
Ramię sił h jest równe,  

   

  

   

  
Pas może przenieść siłę o wartości maks. (por. EN 1993-1-8 §6.2.6.7 (1)) 

,  

 
stąd nośność na ściskanie skosu jest mniejszą z dwóch podanych niżej wartości:  

 

  

   

 
Warunek 

 nie został spełniony, należy dokonać redystrybucji sił w szeregach śrub. 

W p.7 niniejszego opracowania przedstawiono szczegóły dotyczące w/w redystrybucji.  
  
5. Panel środnika słupa przy ścinaniu 
  

   

   

   

  

   

  
stąd nośność panelu środnika słupa przy ścinaniu wynosi,  

background image

   

W celu uniknięcia ograniczania nośności śrub na rozciąganie na skutek nadmiernego wytężenia panelu 
środnika słupa wywołanego ścinaniem, środnik słupa w obrębie węzła wzmacnia się dodatkową blachą o 
gr. 10mm (tzn.pogrubiamy środnik), por. PN-EN 1993-1-8 §6.2.6.1.  
 
Nośność wzmocnionego panelu środnika na ścinanie,  

   

 
 
Powiększone pole środnika (pole czynne przy ścinaniu)  

   

gdzie, 

   

  
dla blachy wzmacniającej środnik o gr. 10mm,  

   

   

   

   

   

  
6. Środnik rygla przy ściskaniu (oddziaływanie pasa skosu) 
  

   

 
Procedura wyznaczania nośności na ściskanie środnika rygla jest taka sama jak procedura wyznaczania 
nośności ściskanego środnika słupa bez udziału żebra wzmacniającego. Obliczeń wyznaczania nośności 
środnika rygla na ściskanie nie zamieszczono w niniejszym opracowaniu.  
 
Siłę działającą na środnik rygla można wyznaczyć rozpatrując poniższy trójkąt sił. 
 

 

 
 
 
 
 

background image

Stąd,   

   

  

  

  
Nośność środnika rygla na ściskanie jest większa niż działająca siła, warunek nośności jest spełniony. Jeśli 
warunek nie byłby spełniony to należałoby wzmocnić środnik za pomocą żebra tak jak to zrobiono w 
słupie. 
  
7. Dystrybucja sił w szeregach śrub 
  
Pierwszym warunkiem jakie muszą spełniać efektywne nośności obliczeniowe szeregów śrub na 
rozciąganie jest warunek, 

   

gdzie, 

   

  

   

 

Ponieważ 

 

  
To należy zastosować następującą redystrybucję sił,  
  

   
   

   
   

   

   

  
Warunek nośności panelu środnika na ścinanie ma postać, 

   

  
w tym przypadku 

 zatem, 

   

Warunek jest spełniony, nie musimy dokonywać dalszej redystrybucji.  
  
Efektywne nośności szeregów śrub na rozciąganie muszą również spełniać następujący warunek,  

   

   

Biorąc pod uwagę najniekorzystniejszy możliwy przypadek otrzymujemy, 

   

Warunek jest spełniony, wymienione wyżej nośności szeregów śrub są zatem efektywnymi nośnościami 
szeregów śrub na rozciąganie.  
 
 
 

background image

8. Nośność połączenia na moment zginający 
 

   

  

   

Nośność jest większa od działającego momentu, warunek nośności został spełniony. 
  
9. Oszacowanie nośności połączenia na ścinanie  

  

9.1 Nośność pojedynczej śruby na ścinanie 
 Nośność trzpienia śruby na ścinanie określona jest wzorem,  

   

  
gdzie dla śrub kl. 8.8  

      (patrz PN-EN 1993-1-8 Tabl. 3.4) 

 

 

 
9.2 Nośność pojedynczej śruby na docisk do pasa słupa  
  
Nośność śruby na docisk do pasa słupa można wyznaczyć za pomocą formuły,  
  

   

  
gdzie,  

   

  

   

   

  

   

  

   

  

   

  

   

background image

   

  

   

  

   

  

   

  

   

   

  
9.3 Nośność pojedynczej śruby na docisk do blachy czołowej rygla 
  
Nośność śruby na docisk do blachy czołowej rygla można wyznaczyć za pomocą formuły, 

   

  
gdzie,  

   

   

  

   

  

   

  

   

  

   

  

   

   

  

   

  

   

  

background image

   

  

   

 

  
Obliczeniowa nośność na ścinanie pojedynczej śruby jest wartością minimalną z trzech wyznaczonych 
powyżej nośności, tj.

.  

  
Liczba śrub potrzebna do przeniesienia siły poprzecznej,  

 ,czyli wystarczą dwie śruby. 

  
Zgodnie z powyższymi obliczeniami wystarczy jeden szereg śrub ścinanych. Obliczeniowa nośność 
połączenia na ścinanie wynosi,