1. Zalety konstrukcji stalowych i aluminiowych

Wysoka wytrzymałość na rozciąganie (f_y = 235-700 MPa dla stali, Wysoki stopień prefabrykacji (montaż przez cały rok)Łatwość wzmacniania obiektów dociążanych

Możliwość wykonania konstrukcji rozbieralnych

Pełny recykling stopu użytego na konstrukcje budowlane

Lekkość konstrukcji stalowych i aluminowych:

• Wady konstrukcji stalowych:Podatność na korozję

• Brak ognioodporności

• 2. Etapy wytwarzania konstrukcji stalowych

• 
  
  

Ruda żelaza: - magnetyt Fe₃O₄ hematyt Fe₂O₃ limonit 2Fe₂O₃თ3H₂O syderyt Koks Topniki

Cechy metali regularna struktura krystaliczna duża plastyczność dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne

3. Wytrzymałość stali i żelaza na rozciąganie

4. Oznaczenia gatunku stali - symbole literowe i cyfrowe wskazujące na zastosowanie oraz właściwości mechaniczne i inne np.:S 235JR - dwa symbole główne ( S i 235) i jeden dodatkowy (JR) Pierwszy symbol główny to duża litera określająca zastosowanie: S - stal konstrukcyjna L - stal na rury przewodowe B - stal na pręty zbrojeniowe do betonu G - staliwo Drugi symbol główny to minimalna granica plastyczności f_y [MPa]:

Pierwszy symbol dodatkowy to praca łamania (udarność):JR Ⴎ KV = 27 J w temp. 20^o C J0 Ⴎ KV = 27 J w temp. 0^o C J2 Ⴎ KV = 27 J w temp. - 20^o C

5. STAŁE MATERIAŁOWE STALI:

Moduł sprężystości podłużnej E = 210 GPa

Moduł sprężystości przy ścinaniu G = 81 GPa

Współczynnik Poissona w stanie sprężystymၮ = 0,3

Współczynnik rozszerzalności cieplnejၡ = 12x10^-6 /C

Gęstość masyၲ = 7850 kg/m³

6. Pęknięcia zimne (zwłoczne do 48 h) - skutek twardej struktury martenzytu, tworzącej się przy podwyższonej zawartości C.

Równoważnik węgla (miara odporności na PZ):

C_e = C + Mn/6 + (Cr+V)/5 + Mo/4 + Ni/15 + Cu/13 + P/2

C < 0,20 i C_e < 0,40 Ⴎ stal dobrze spawalna

0,40 < C_e < 0,60 Ⴎ stal warunkowo spawalna

C_e > 0,60 Ⴎ stal nie jest spawalna

Pęknięcia gorące - rozrywanie materiału wywołane naprężeniami skurczowymi przy stygnięciu spoiny. Miara odporności na PG:

H_CS = 1000C[S + P + (Si/25) +(Ni/100)]/(3Mn + Cr + Mo + V) > 4 oraz Mn/S > 25

STANY GRANICZNE NOŚNOŚCI

STANY GRANICZNE UŻYTKOWALNOŚCI

Współczynniki metody SG

7.NOŚNOŚĆ SPOINY PACHWINOWEJ Metoda ogólna

PN-EN-1993-1-8. Wzór normowy, sprawdzony doświadczalnie, można formalnie otrzymać wprowadzając do wzoru ogólnego HMH jako niezerowe tylko naprężenia σ_┴, τ_׀׀ i τ_┴ w płaszczyźnie krytycznej ၰ (o-o-a_w).:

Metoda uproszczona

polega na sprawdzeniu w płaszczyźnie ၰ(σ_┴ = 0) tylko warunku nośności na ścinanie siłą F_w,Ed na jednostkę długości spoiny

Luzy w otworach:

Δ = d₀- d = 2,0÷3,0 mm - połączenie zwykłe

Δ= d₀- d = 0,2÷0,3 mm - połączenie pasowane

1) Nośność na ścinanie w jednej płaszczyźnie

F_V.Rd = α_vf_ubA /ၧ_M2

2) Nośność na docisk

F_V.Rd = k₁α_bf_udt/ၧ_M2

f_u - wytrzymałość elementów łączonych;

k₁ = {min(2,8e₂/d₀ - 1,7; 2,5) dla śrub skrajnych} lub

{min(1,4p₂/d₀ - 1,7; 2,5) dla śrub pośrednich};

α_b = min(α_d; f_ub / f_u; 1);

α_d = {e₁ / 3d₀ dla śrub skrajnych} lub

{p₁ / 3d₀ - 0,25 dla śrub pośrednich};

e₁, e₂, p₁, p₂, d₀ według rysunku;

d - nominalna średnica śruby;

t - grubość łączonych elementów

3) Nośność na poślizg (tarcie)

F_S.Rd = k_snμF_pc/ၧ_M3

F_pc = 0,7f_ubA_s

k_s = {1 dla otworów normalnych} lub

{0,63÷0,85 dla pozostałych, por. tab. 3.6 PN-EN 1993-1-8};ၧ_M3 = 1,25;F_pc - siła sprężająca;n - liczba płaszczyzn tarcia;μ - współczynnik tarcia (0,2÷0,5)

4) Nośność plastyczna przekroju netto: N_net.Rd = A_netf_y

5) Nośność na rozciąganie

k₂ = 0,9 dla śrub z łbem zwykłym lub

k₂ = 0,63 dla śrub z łbem wpuszczanym

6) Nośność na przeciąganie

(ścięcie na powierzchni walcowej)

B_p.Rd = 0,6ၰd_mt_pf_u/ၧ_M2

d_m - wartość średnia średnic okręgów wpisanego i opisanego na łbie/nakrętce;

t_p - grubość blachy narażonej na przeciągnięcie.

8. Styk uniwersalny

Kolejność obliczeń:

1. Nośność obliczeniowa przyjętych śrub F_S.Rd = k_snμF_pc/ၧ_M3

(gdzie siła sprężająca F_pc = 0,7f_ubA_s)

2. Podział momentu zginającego przekrój styku

M_Ed = M_pEd + M_nEd

M_pEd = M_Ed [J_p/(J_p + J_n)]

M_nEd = M_Ed [J_n/(J_p + J_n)]

3. Siła działająca na śruby pionowe (nakładki)

F_ni = M_nEd /h Ⴃ m F_S.Rd

(h - osiowy rozstaw nakładek)

4. Siła i moment działające na śruby poziome (w przykładkach) - wzór (a) na planszy 42:

F_imax Ⴃ F_S.Rd

Twierdzenie 1 o plastycznym wyrównaniu naprężeń w przekroju zginanym momentem M_S lub ścinanym siłą poprzeczną V_S:

M_Rd = M_pl = W_plf_d

V_Rd = V_pl = 0,58A_plf_d

gdzie

f_d = f_y/ၧ_Mo

W_pl = S₁ + S₂ = 2S

A_pl = A_vႻth

Wniosek z tw. 1: Nośność plastyczna (zginanego lub ścinanego) przekroju metalowego niepodatnego na utratę stateczności miejscowej jest nawet o 50 % większa od nośności wynikająca ze sprężystej pracy konstrukcji (dla dwuteowników walcowanych o 10-18 %)

Twierdzenie 2 - o powierzchniach granicznych w złożonym stanie sił wewnętrznych - są dla materiału sprężysto-plastycznego zawsze wypukłe

Wniosek z tw. 2: Krzywe nośności granicznej przekroju metalowego niepodatnego na utratę stateczności miejscowej są wypukłe i zależą od rodzaju przekroju.

Twierdzenie 3 - o plastycznym wyrównaniu momentów zginających (dla układów prętowych statycznie niewyznaczalnych)

Wniosek: przyrost nośności zależy od stopnia statycznej niewyznaczalności oraz sposobu rozłożenia obciążenia

9. KLASY PRZEKROJÓW METALOWYCH

Klasa 1 (pl-pl) - przekroje, które osiągają nośność przegubu plastycznego i wykazują przy tym zdolność do obrotu niezbędną do plastycznej redystrybucji momentów

Klasa 2 (pl-el)- przekroje, które osiągają nośność przegubu plastycznego i wykazują ograniczoną zdolność do obrotu na skutek niestateczności miejscowej (w stanie plastycznym, stąd nie jest możliwa plastyczna redystrybucja momentów)

Klasa 3 (el-el)- przekroje, które wykazują nośność nie mniejszą niż to wynika z początku uplastycznienia strefy ściskanej, lecz wskutek niestateczności miejscowej (w stanie sprężysto-plastycznym) nie osiągają nośności przegubu plastycznego

Klasa 4 (el-el) - przekroje, które wskutek niestateczności miejscowej (w stanie sprężystym) wykazują nośność mniejszą niż to wynika z początku uplastycznienia strefy ściskanej

10. Metody spawania.

W zależności od źródła ciepła powodującego topienie łączonych brzegów metali i materiału dodatkowego rozróżnia się spawanie elektryczne i gazowe.

Elektryczne spawanie łukowe - źródłem ciepła jest łuk elektryczny powstający między elektrodą (pręt lub drut) a elementem spawa­nym stanowiącym drugą elektrodę. Źródłem zasilania łuku spawalniczego są specjalne maszyny elektryczne (spawarki, automaty spawalnicze).Rozróżnia się spawanie łukowe: - ręczne,pólautomatyczne, automatyczne, łukiem krytym, w osłonie gazowej

Spawanie gazowe -najczęściej acetylenowo- tlenowe, stosuje się do łączenia cienkich blach, rur i kształtowników , a także do wykonywa­nia połączeń związanych ze wzmacnianiem konstrukcji. Źródłem ciepła jest płomień otrzymywany w wyniku spalania mieszanki gazu pal­nego z tlenem lub powietrzem. Spawanie gazowe wykonuje się przeważnie z dodatkiem spoiwa ( drutu ) topionego równocześnie z brze­gami łączonych elementów.

11. Projektowanie kratownic dachowych i ich stężeń

Kratownice spełniają rolę dźwigara dachowego, czyli elementu nośnego zazwyczaj ustawionego poprzecznie do osi podłużnej hali.

Mogą stanowić one: - element samodzielny (przegubowo oparty na słupach)

- rygiel ramy (sztywne połączenie ze słupami)

Ukształtowanie - jednospadowe - dwuspadowe

Smukłość pręta ściskanego: λ<250

Gdy rzut poziomy pręta ≤ 6,0 m nie trzeba uwzględniać zginania pręta wywołanego ciężarem własnym

Długości wyboczeniowe prętów /l_w/

* przy wyboczeniu w płaszczyźnie kraty

- dla pasów oraz słupki i krzyżulce podporowe l_w=l_t (l_t-dł teoret)

- krzyżulce i słupki pośrednie l_w=l_t

*przy wyboczeniu z płaszczyzny kraty - pasy, krzyżulce, słupy l_w=l_t

Za ogólne wymiary przyjmuje się wysokość kratownicy i rozpiętość

Optymalna wysokość kratownicy h=(1/6-1/12)l

Dobrze jest stosować poziomy moduł = 3,0 m

12. STĘŻENIA

Zadanie: mają zapewnić stateczność płaskim niestatecznym wiązarom Rozróżniamy tężniki:

Tężniki połaciowe

- kraty łączące górne pasy dwu sąsiednich wiązarów

- zabezpieczają pręty pasa górnego przed wybocz z płaszczyz wiązara

- stosowane między pasami dwu sąsiednich wiązarów skrajnych (obok ścian szczytowych i dylatacji) i co ósme pole, w odległościach < 60m

- z pasami połączone bezpośrednio lub za pomocą blach węzłowych

Tężniki pionowe

- stanowią podporę dla tężników połaciowych

- zapewniają prawidłowe ustawienie wiązarów w czasie montażu

- stosowane w płaszczyźnie słupów podporowych

Tężniki podłużne w poziomie pasów górnych

- projektowane gdy w linii słupów występują kraty podwiązarowe - zapewniają stateczność krat

Tężniki podłużne w poziomie pasów dolnych

- zapewniają stateczność górnych pasów krat podwiązarowych

- zabezpieczają przed wyboczeniem pasy dolne

- umieszczone na całej długości hali

- umieszczone na całej długości hali

Obowiązkowe są stężenia połaciowe i pionowe.

13. Słupy hal

- o stałym przekroju

- o zmiennym przekroju

Słupy w halach z transportem podpartym

W halach przemysłowych stosuje się zarówno słupy pełnościenne jak i kratowe. Przekrój słupa może być stały na całej wysokości lub zmienny w sposób schodkowy. Słupy o stałym przekroju stosuje się w halach wyposażonych w suwnice o małym udźwigu lub w halach z transportem podwieszonym do konstrukcji dachu.

Przy większych suwnicach stosuje się najczęściej słupy o zmiennym przekroju. Mogą to być konstrukcje blachownicowe (pełnościenne), jak i kratowe. Można stosować również konstrukcje, w których górna część słupa jest pełnościenna a dolna kratowa.

W słupach dwudzielnych w płaszczyznach równoległych do płaszczyzn działania momentu zginającego poszczególne gałęzie łączy się skratowaniem, natomiast w pozostałych płaszczyznach, w których momenty nie występują stosuje się zwykłe przewiązki.

Schematy statyczne słupów zależne są od schematów obliczeniowych głównych układów poprzecznych i podłużnych hali. W halach jednonawowych najczęściej spotykanym rozwiązaniem jest słup utwierdzony w fundamencie dla płaszczyzn układu poprzecznego i utwierdzony lub przegubowy dla płaszczyzny układu podłużnego. w halach wielonawowych można też spotkać słupy wahliwe, połączone przegubowo z wiązarem i fundamentem.

Układ płatwi na dachu

Połączenie płatwi zimnogiętej z ryglem dachowym

Kształty kratownic dachowych - kratownice trójkątna z załamanym pasem dolnym i dwuterapezowe

Kąty nachylenia krzyżulców 30^o - 60^o

l_o = 2,0-3,0 m - rozstaw węzłów

f_w - podniesienie wykonawcze, gdy L > 30 m

Przykłady konstrukcji węzłów kratownic współczesnych

Typy węzłów z kształtowników rurowych K, KT, N, T, X, Y

Typy węzłów z kształtowników rurowych DK, KK, X, TT

Typy węzłów z kształtowników rurowych DY i XX

Zakres zastosowania wzorów PN-EN 1993-1-8:

1. Ścianki ściskane prętów klasy 1 lub 2

2. Kąty pomiędzy prętami skratowania i pasami ၑ_i Ⴓ 30^o

3. Kształt przekroju końców prętów nie może być zmieniony (np. końce spłaszczone nie są objęte wzorami normowymi)

4. Odstęp (wymiar poziomy g) wymuszony warunkami spawania pomiędzy prętami skratowania g Ⴓ t₁ + t₂ (suma grubości ścianek)

• Rozmieszczenie belek stropowych

• Sposoby oparcia belki stropowej

• Sposoby oparcia belki stropowej

• 
  Sposoby oparcia belki stropowej

• Połączenie przegubowe belki stropowej z podciągiem

Wymiarowanie przekrojów belek walcowanych

Zginanie momentem M_max = M_Ed ; V = 0.

M_cRd = M_plRd = W_plf_y/ၧ_M0 dla klasy 1 i 2

M_cRd = M_elRd = W_elf_y/ၧ_M0 dla klasy 3

M_cRd = W_efff_y/ၧ_M0 dla klasy 4

Ścinanie siłą poprzeczną V_max = V_Ed ; M = 0.

V_cRd = A_vf_y/ზ3 ၧ_M0 przypadki analizy plastycznej

A_v- pole czynne przy ścinaniu;

- dla dwuteowników walcowanych

A_v = A-2bt_f+(t_w+2r)t_f Ⴓ h_wt_w

A_v- pole czynne przy ścinaniu:

- dla ceowników walcowanych

A_v = A-2bt_f+(t_w+r)t_f Ⴓ h_wt_w

- dla teowników walcowanych

A_v = 0,9(A-bt_f)

- dla blachownic dwuteowych A_f/A_w Ⴓ 0,6

A_v = h_wt_w

- dla rur prostokątnych bxh

A_v = Ah/(b+h)

Ścinanie siłą poprzeczną V_max = V_Ed ; M = 0.

f_Rvd = f_y/ზ3 ၧ_M0 - przypadki analizy sprężystej

Kryterium stateczności miejscowej

Rozerwanie blokowe strefy oparcia

ၡ = 1,0 dla śrub obciążonych osiowo

ၡ = 0,5 dla śrub obciążonych mimośrodowo

Stan graniczny użytkowalności

Schemat pomostu technologicznego

Kształtowanie belek ażurowych

FORMY NIESTATECZNOŚCI PRĘTA

• niestateczność ogólna

• niestateczność miejscowa

• niestateczność dystorsyjna

STATECZNOŚĆ OGÓLNA - wyboczenie pręta ściskanego

STATECZNOŚĆ OGÓLNA - zwichrzenie pręta zginanego

STATECZNOŚĆ MIEJSCOWA - wybrzuszenia ścianek płaskich

NIESTATECZNOŚĆ DYSTORSYJNA - zmiana kształtu przekroju

PROJEKTOWANIE BLACHOWNIC KL 3 i 4
Żebra pośrednie blachownic stropowych

Przekrój obliczeniowy żeber poprzecznych A_s

A_s = 2x(15t_w ၥ)t_w + 2b_st_s dla (b)

A_s = 2x(15t_w ၥ)t_w + b_st_s dla (c)

Warunki sztywności żeber (J_s względem osi środnika)

Warunek wyboczenia żeber dwustronnych (krzywa „c”)

Warunek mimośrodowego ściskania żeber jednostronnych (c)

Warunek docisku żeber podporowych (b)

Styki montażowe w blachownicach stropowych

ELEMENTY KONSTRUKCYJNE SŁUPA

Konstrukcja połączeń belek stropowych ze słupem wielokondygnacyjnym

Schematy statyczne słupów ram parterowych wielonawowych

Schematy statyczne słupów ram parterowych wielonawowych

Schemat statyczny słupów ściany ryglowej

Usztywnienie płyty podstawy żebrami

• Oznaczenia stężeń na planszy 25

A. Stężenia dachowe

T1 - połaciowe poziome poprzeczne

T2 - pionowe podłużne (między-wiązarowe)

T3 - połaciowe poziome podłużne

B. Ścienne

T4 - pionowe podłużne (między-słupowe)

T5 - poziome poprzeczne ściany szczytowej (wiatrowe)

T6 - poziome podłużne ściany bocznej (wiatrowe)

T7 - pionowe poprzeczne ściany szczytowej (wiatrowe)

Styki montażowe ram pełnościennych

WĘZEŁ OKAPOWY

węzeł kalenicowy

Styki montażowe ram pełnościennych

węzeł kalenicowy

PODSTAWA SŁUPA ŚCISKANEGO OSIOWO Z TRZONEM DWUTEOWYM

WYMIAROWANIE PRĘTÓW RAMY

Warunki nośności przekrojów

(a) Przekroje rygla - okapowy i kalenicowy

M_Ed Ⴃ M_Rd

V_Ed Ⴃ V_Rd

(b) Przekrój okapowy słupa

M_Ed Ⴃ M_Rd

N_Ed Ⴃ N_Rd

interakcja M_Ed - N_Ed

Warunki nośności prętów

(c) Rygiel w przęśle (dla M_Ed = M_max)

M_Ed Ⴃ ၣ_LTM_Rd

ၣ_LT = 1 gdy rozstaw płatwi L_c spełnia warunek:

gdy (1) nie jest spełnione, należy przyjąć

ၣ_LTmod = ၣ_LT/f = ၣ_LT /{1-0,5(1-k_c)[1-2(ၬ_LT- 0,8)²]}

(d) Warunki nośności słupów

Węzeł jednostronny

1. ścinany panel środnika

2. połączenie

3. części podstawowe (śruby, blachy czołowe)

Węzeł dwustronny

1. ścinany panel środnika

2. połączenie

3. części podstawowe (śruby, blachy czołowe)

Modelowanie węzła

a) Wartości przywęzłowe sił przekrojowych na brzegach panelu

b) Wartości przywęzłowe sił w osiach

1.Zalety i wady konstrukcji stalowych

2. Etapy wytwarzania konstrukcji stalowych

3. Wytrzymałość stali i żelaza na rozciąganie

4. Oznaczenia gatunku stali

5. STAŁE MATERIAŁOWE STALI

6. Pęknięcia zimne i gorące

7. NOŚNOŚĆ SPOINY PACHWINOWEJ

Nośności śrub

8. Styk uniwersalny

3 Twierdzenia

9. KLASY PRZEKROJÓW METALOWYCH

10. Metody spawania.

11. Projektowanie kratownic dachowych i ich stężeń

12. STĘŻENIA

13. Słupy hal

---