12
7 Projektowanie nowej więźby dachowej w stylu
barokowym
Wprowadzenie
Celem tego rozdziału jest zaprojektowanie nowej więźby dachowej w stylu
barokowym, będzie to konstrukcja dachu polskiego. Wykonanie nowej więźby jest
niezbędne, ponieważ aktualna konstrukcja jest konstrukcją powojenną o małej
wartości historycznej oraz bardzo złym stanie technicznym grożącym katastrofą
budowlaną.
Aby poprawnie zaprojektować więźbę dachową należy wyznaczyć obciążenia
działające na konstrukcję w tym od ciężaru własnego, działania wiatru oraz śniegu.
W tym celu niezbędne jest używanie Polskiej Normy. Siły przekrojowe wykonane
będą za pomocą programu komputerowego „Soldis projektant ver.7.0”.
Zasady zestawiania obciążeń oddziałujących na konstrukcje
Zestawienie obciążeń wykonano z użyciem EC1 – Oddziaływania na
konstrukcje. (PN-EN-1991-1-3 oraz PN-EN-1991-1-4)
Obciążenie śniegiem
Obciążenie śniegiem dachu należy ustalić następująco:
=
×
×
×
(4.1)
Gdzie:
−
ół
ł
ℎ
−
ół
−
ół
−
ść ℎ
ąż
ś
Piorunkowice woj. Opolskie strefa 1;
280m n.p.m:
0,007A–1,4 ≥ 0,70
S
k
≥ 0,7 kN/m
2
0,007×280-1,4 = 0,56
S
k
= 0,7 kN/m
2
Teren normalny: C
e
= 1,0
Współczynnik termiczny dla dachu: C
t
= 1,0
Współczynnik kształtu dachu: dla części nachylonej pod kątem 40
o
13
u
1
= 0,8(60-α)/30 = 0,8(60-40)/30 = 0,53
u
2
= 1,6
Tak, więc:
Obciążenie śniegiem połaci mniej obciążonej:
= 0,53 × 1,0 × 1,0 × 0,7 = 0,371
/
Obciążenie śniegiem połaci bardziej obciążonej:
= 1,6 × 1,0×1,0 × 0,7 = 1,12
/
Obciążenie wiatrem
Strefa 1, V
b,0
= 22m/s, q
b,0
= 0,30kN/m
2
Przyjęto H = 11,40m, Kategoria terenu 3: z
o
= 0,3m, z
min
= 5m
Bazowa prędkość wiatru:
V
b
= C
dir
× C
seazon
× V
b,0
(4.2)
Gdzie:
C
dir
- współczynnik kierunkowy, zalecany przez normę C
dir
= 1,0
C
seazon
– spółczynnik sezonowy, zalecany przez normę C
seazon
= 1,0
V
b,0
– wartość podstawowa bazowej prędkości wiatru
V
b
= 1,0
× 1,0 × 22 m/s
V
b
= 22 m/s
Średnia prędkość wiatru zależna od wysokości:
v
m
(z) = c
r
(z)
× c
o
(z) × V
b
(4.3)
Gdzie:
c
r
(z) – współczynnik chropowatości: c
r
(z) = 0,81( )
0,19
(4.4)
c
o
(z) – współczynnik rzeźby terenu, zalecany przez normę c
o
(z) =1,0
V
b
– bazowa prędkość wiatru
W przypadku gdzie H = z = 11,40m
v
m
(11,40) = 0,81(
,
)
0,19
× 1,0 × 22 m/s
v
m
(11,40) = 18,27 m/s
14
Współczynnik ekspozycji:
C
e
(z) = 1,89( )
0,26
(4.5)
C
e
(11,40) = 1,89(
,
)
0,26
C
e
(z) = 1,96
Wartość szczytowa ciśnienia prędkości:
q
p
(z) = C
e
(z)
× q
b
(4.6)
Gdzie:
q
b
– wartość bazowa ciśnienia prędkości ze wzoru q
b
= 0,5×p× V
b
2
(4.7)
p – gestość powietrza 1,25kg/m
3
p
= 0,5×1,25× 22
2
= 302,5kg/m
2
= 0,30kN/m
2
q
p
(11,39) = 1,96
× 0,30 kN/m
2
q
p
(11,39) = 0,59kN/m
2
Zestawienie obciążeń wiatrem na 1m
2
połaci:
A – pole powierzchni dachu; A = 568,5m
2
;
A > 10m
2
czyli wykorzystujemy wartości C
pe,10
w
e
= q
p
(z
e
) × C
pe,10
(4.8)
Gdzie:
w
e
– ciśnienie wiatru na powierzchnie
q
p
(z
e
) – wartość szczytowa ciśnienia prędkości
C
pe,10
– współczynnik ciśnienia zewnętrznego, wartości dla poszczególnych
sektorów dachu interpolowano dla kąta 40
o
Dla kierunku wiatru 90
0
w
e
F
= 0,59 × (-1,1) = -0,649 kN/m
2
w
e
G
= 0,59 × (-1,4) = -0,826 kN/m
2
w
e
H
= 0,59 × (-0,87) = -0,523 kN/m
2
w
e
I
= 0,59 × (-0,5) = -0,295 kN/m
2
Do dalszych obliczeń przyjęto wartość jak dla połaci H = w
e
H
= -0,523
kN/m
2
Dla kierunku wiatru 0
0
w
e
F
= 0,59 × (0,0) = 0
w
e
F
= 0,59 × (0,7) = 0,413 kN/m
2
w
e
G
= 0,59 × (0,0) = 0
w
e
G
= 0,59 × (0,7) = 0,413 kN/m
2
15
w
e
H
= 0,59 × (0,0) = 0
w
e
H
= 0,59 × (0,6) = 0,354 kN/m
2
w
e
I
= 0,59 × (-0,2) = -0,118 kN/m
2
w
e
I
= 0,59 × (0,0) = 0
w
e
J
= 0,59 × (-0,3) = -0,177 kN/m
2
w
e
J
= 0,59 × (0,0) = 0
Do dalszych obliczeń przyjęto wartości :
w
e
G
= 0,413 kN/m
2
w
e
H
= 0,354 kN/m
2
w
e
J
= -0,177 kN/m
2
w
e
I
= -0,118 kN/m
2
Wartość obciążenia ciśnienia charakterystycznego wewnętrznego:
w
k1
= 0,2 × 0,59 = 0,118 kN/m
2
;
w
k2
= -0,3 × 0,59 = -0,177 kN/m
2
Obciążenie ciężarem własnym:
OBCIĄŻENIE STAŁE KROKWI
Lp
Wyszczególnienie
Obciążenie
charakterystyczne
kN/m
Wsp.
Obciążenie
obliczeniowe
kN/m
1
Ciężar dachówek (przyjęto)
0,648
1,2
0,778
2
Obc. Łatami 0,05x0,05x5,2
0,013
0,156
3
Deskowanie pełne
0,025x0,025x5,2
0,033
1,2
0,039
4
Folia
0,010
1,2
0,120
5
Ciężar krokwi
0,20x0,12x5,2
0,125
0,150
6
Wełna mineralna około 20cm
0,080
1,2
0,096
Suma
0,909
1,091
OBCIĄŻENIE STAŁE KLESZCZY
Lp
Wyszczególnienie
Obciążenie
charakterystyczne
kN/m
Wsp.
Obciążenie
obliczeniowe
kN/m
1
Kleszcze 0,08x0,16x5,2
0,067
1,2
0,080
2
Deskowanie pełne
0,025x0,025x5,2
0,033
1,2
0,039
3
Wełna mineralna około 16cm
0,060
1,2
0,072
Suma
0,16
1,2
0,192
Tabela 1 – Zestawienie obciążeń stałych na krokiew i kleszcze
16
Projektowany rozstaw krokwi: 0,60m
Klasa drewna: C30 drewno sosnowe
Przekrycie wykonane z dachówki ceramicznej ‘Ambiente’ firmy CERATON
Konstrukcja więźby: płatwiowo-kleszczowa z jedną ścianą stolcową
Zestawienie obciążeń na 1m krokwi i kleszczy:
Stałe:
krokiew:
g
k
= 0,909 kN/m
g
o
= 1,091 kN/m
kleszcze:
g
k
= 0,160 kN/m
g
o
= 0,192 kN/m
Śnieg:
q
s1
= 0,371 × 0,6 = 0,22 kN/m
q
s1o
= 0,33 kN/m
q
s2
= 1,12 × 0,6 = 0,73 kN/m
q
s2o
= 1,095 kN/m
Wiatr 1:
w
e
H
= -0,523 × 0,6 = -0,31 kN/m
w
e
H
o
= -0,495 kN/m
w
e
G
= 0,413 × 0,6 = 0,25 kN/m
w
e
G
o
= 0,375 kN/m
w
e
H
= 0,354 × 0,6 = 0,21 kN/m
w
e
H
o
= 0,315 kN/m
w
e
J
= -0,177 × 0,6 = -0,11 kN/m
w
e
J
o
= -0,165 kN/m
w
e
I
= -0,118 × 0,6 = -0,07 kN/m
w
e
I
o
= -0,105 kN/m
Wiatr 2:
w
k1
= 0,118 × 0,6 = 0,07 kN/m
w
o1
= 0,105 kN/m
w
k2
= -0,177 × 0,6 = -0,11 kN/m
w
o2
= -0,165 kN/m
Analiza statyczna
Geometria ustroju
Rys.10. Geometria ustroju płatwiowo-kleszczowego
17
Rys.11. - Schemat statyczny wiązara
Rys. 12. Schemat obliczeniowy
18
Rys. 13. Wykres od działania sił osiowych
Rys. 14. Wykres od działania sił tnących
19
Rys. 15 Wykres od działania momentów zginających
Maksymalne siły wewnętrzne:
Maksymalny moment zginający przy połączeniu krokwi z kleszczami:
M
max
= 3,392 kNm
N = 8,420 kN
Maksymalny moment w przęśle pomiędzy kleszczami a kalenicą:
M
max
= 2,579 kNm
N = 5,255 kN
Maksymalna siła osiowa w miejscu połączenia krokwi z murłatą:
N
max
= 3,868 kN
Maksymalna siła osiowa w przęśle:
N
max
= 5,976 kN
M = 2,153 kNm
Maksymalna siła tnąca w miejscu połączenia krokwi z kleszczami:
T
max
= 4,306 kN
Maksymalna siła tnąca w miejscu połączenia krokwi z murłatą:
T
max
= 1,947 kN
Maksymalne siły wewnętrzne w kleszczach:
M
max
= 1,356 kNm
N
max
= 1,985 kN
T
max
= 0,772 kN