1. Ogólne zasady projektowania konstrukcji hal.
1.1. Zasady kształtowania modularnego konstrukcji.
Moduł jest umowną jednostką miary liniowej stosowanej w konstrukcji wymiarowej . celem koordynacji kodularnej jest takie określenie wymiarów i usytuowanie elementów konstrukcyjnych aby pasowały do siebie i innych elementów budynku.
W koordynacji modularnej jako podstawę przyjmuje się moduł podstawowy, multimoduły znormalizowane, układ odniesienia określający przestrzenie i strefy koordynacji dla elementów budowlanych oraz komponentów będących ich częściami składowymi, zasady umieszczania elementów budowlanych w układzie odniesienia, zasady ustalania wymiarów komponentów budowlanych w celu określenia ich wymiarów roboczych, zasady określania zalecanych rozmiarów komponentów budowlanych i koordynowanie wymiarów obiektów budowlanych.
Moduł podstawowy jest zasadniczą jednostka miary stosowaną w koordynacji modularnej a jego wartość wynosi M=100mm. Multimoduły są znormalizowanymi , wybranymi, całkowitymi wielokrotnościami modułu podstawowego, do różnych zastosowań. Submoduły są wybranymi ułamkami modułu podstawowego i są stosowane, gdy zachodzi potrzeba określenia wartości mniejszych niż moduł podstawowy. Siatka modularna to prostokątny układ odniesienia, w którym odległość między kolejnymi liniami jest równa modułowi podstawowemu lub multimodułowi. Elementy konstrukcji mogą być usytuowane na siatce modularnej osiowo lub stycznie. W systemach hal przyjęto moduł poziomy konstrukcji 30M= 3,0 m i jego parzystą wielokrotność oraz moduł pionowy 12 M= 1,2 m
1.2. Kiedy w obliczeniach można pominąć wpływ temperatury pochodzenia klimatycznego.
Zmiany temperatury powodują wydłużenia i skrócenia konstrukcji wg. znanej zależności ∆L=α*L*∆t, gdzie α-współczynnik rozszerzalności liniowej stali, L-długość elementu lub konstrukcji, ∆t-różnica temperatur.
Na podstawie wieloletnich doświadczeń przyjmuje się, że wpływ temperatury pochodzenia klimatycznego można pominąć w obliczeniach statycznych jeśli spełnione są warunki.
- odległość hali lub jej oddylatowanej części nie przekracza m
- odległość między najdalszymi względem siebie podporami przenoszącymi siły poprzeczne w rozpatrywanym kierunku, jak również odległość przerwy dylatacyjnej od najbliższego stężenia pionowego nie przekracza 60m. dylatacje wykonuje się najczęściej przez ustawienie obok siebie dwóch ustrojów nośnych opartych na wspólnym fundamencie.
1.3. Przykłady obudowy hal z blach profilowanych.
Blachy stosowane na lekką obudowę hal są ocynkowane lub powlekane dodatkowo ochronnymi odpowiednio do potrzeb trwałości i wymagań estetycznych. Proces powlekania polega na naniesieniu na powierzchnię blach dwóch powłok organicznych - podkładu i powłoki dekoracyjnej lub kleju z następnym nawalcowaniem folii PCV. Jako materiał powłok organucznych stosuje się emalie akrylowe, poliestrowe i inne. Materiałem wyjściowym do profilowania jest blacha ocynkowana z powłoka organiczną , która przechodząc przez układ rolek zostaje stopniowo profilowana
1.3.1. Nieocieplonej.
W blachach nieocieplonych blacha jest gotowym pokryciem. Powinna być układana szerszą półką do dołu w celu lepszego odprowadzenia wody opadowej.
1.3.2. Ocieplonej.
Blach profilowana w dachach ocieplonych jest warstwą nośną, na której układa się kolejno paroizolację oraz izolację termiczną i przeciwwilgociową. Układa się ją szerszą półką do góry w celu zapewnienia lepszego podparcia warstw izolacyjnych. Konstrukcja dachów ocieplonych może być płatwiowa lub bezpłatwiowa. Każde z tych rozwiązań ma swoje wady i zalety. W dachach płatwiowych kierunek fałd blachy jest zgodny ze spadkiem dachu, co w przypadku uszkodzenia izolacji przeciwwilgociowej, ułatwia lokalizację nacieku, natomiast w dachach bezpłatwiowych woda może zalegać w bruzdach fałd. Ocieplenie obudowy dachu wymaga zastosowania paroizolacji, którą wykonuje się z dużych arkuszy folii polietylowej. Izolację termiczną wykonuje się najczęściej z wełny mineralnej, z płyt twardych i półtwardych. Izolację przeciwwilgociową wykonywaną tradycyjnie z dwóch lub trzech warstw papy asfaltowej na lepiku asfaltowym, wykonuje się obecnie z papy termozgrzewalnej lub w postaci powłoki bitumicznej bezspoinowej.
1.4. Przykłady obudowy hal z płyt warstwowych.
Płyty warstwowe składają się z rdzenia izolacyjnego i połączonych z nim trwale okładzin z blachy stalowej. Sa gotowym wyprodukowanym , fabrycznie elementem osłonowym ścian i dachu budynków.
Obecnie produkowane są nowoczesne płyty warstwowe Isotherm. Są to płyty ścienne i dachowe z trzema rodzajami wypełnienia, z poliuretanu, z wełny mineralnej i ze styropianu. Płyty ścienne mogą być montowane zarówno w układzie pionowym jak i poziomym. Płyty ISOTHERM PLUS 80 i SIN 98 można łączyć ze sobą w celu wzbogacenia elewacji. Okładziny płyt są wykonane z blachy ocynkowanej i powlekanej o różnych kolorach. Trzy odmiany rdzenia płyt z poliuretanu, wełny mineralne i styropianu umożliwiają wykorzystanie charakterystycznych cech tych materiałów. Poliuretan – niski współczynnik przenikania ciepła, wełna mineralna – wysoka odporność ogniowa, styropian – niski koszt.
1.5. Przykłady łączników do mocowania lekkiej obudowy.
Do mocowania elementów lekkich obudowy są stosowane wkręty samowiercące, gwoździe wstrzeliwane, nity jednostronne i łączniki teleskopowe. Wkręty samowiercące zakończone są ostrzem wiercącym co umożliwia łączenie blach bez konieczności uprzednio wiercenia otworów. Średnice wkrętów wynoszą 4,8 mm, 5,5 mm oraz 6,3 mm. Zależnie od przeznaczenia dobiera się wkręty o odpowiedniej średnicy i długości oraz długości końcówki wiercącej. Gdy wymagana jest szczelność połączenia dobiera się wkręty z podkładką uszczelniającą. Wkręty samowiercące do mocowania płyt warstwowych mają średnicę 5,5 mm. Drugi gwint pod łbem wkręta zapobiega wgnieceniu zewnętrznej okładziny płyty, a szczelność zapewnia samowulkanizująca podkładka. Typ wkręta dobiera się w zależności od grubości płyty i grubości ścianki konstrukcji. Gwoździe wstrzeliwane służą do mocowania blach trapezowych i kasetowych do kształtowników o minimalnej grubości 3-6 mm zależnie od rodzaju gwoździa. Średnice trzpienia gwoździ wynoszą 3,7 mm oraz 4,5 mm. Gwoździe są wstrzeliwane za pomocą specjalnych osadzaków. Nity jednostronne służą do mocowania obróbek blacharskich. Nit składa się z tulejki zakończonej z jednej strony kryzą i odcinka drutu zakończonego główką. Drut osadzony jest w tulejce, główką po stronie przeciwnej do kryzy. Nity osadza się przy pomocy specjalnej nitownicy. Średnice nitów wynoszą 4 mm i 4,8 mm. Łączniki teleskopowe służą do mocowania izolacji termicznej do blach trapezowych.
1.6. Jakie informacje zawierają oznaczenia gatunków stali.
W normie znaki stali podzielono na dwie główne kategorie.
Kategoria 1 – znaki zawierające symbole wskazujące zastosowanie oraz mechaniczne lub fizyczne właściwości stali.
Kategoria 2 – znaki zawierające symbole wskazujące skład chemiczny stali.
W oznaczeniach stali występują :
a) Symbole główne wskazujące zastosowanie oraz mechaniczne i fizyczne właściwości stali
b) Symbole dodatkowe , które mogą być dodawane do symboli głównych.
Symbole dodatkowe podzielone na dwie grupy odpowiednio do kategorii znaku stali. W budownictwie ogólnym i przemysłowym stosowane są stale konstrukcyjne oznaczone symbolem S. Po początkowej literze S podawana jest granica plastyczności (N/ mm2) dla grubości wyrobu <16 mm, a dalej cechy dotyczące wymagań udarności i inne.
1.7. Na czym polega proces walcowania normalizującego.
Walcowanie normalizujące jest procesem , w którym końcowe odkształcenie, dokonane w określonym zakresie temperatur, prowadzi do stanu materiału równoważnego, stanowi osiąganemu po normalizowaniu.
Przykłady oznaczenia Stal EN 10025-2-S355J0C+N (lub +AR) – stal konstrukcyjna (S) o wymaganej granicy plastyczności 355 N/ mm2, o minimalnej wartości łamania 27 J w temperaturze 0 o C, przydatne do zginania obrzeża na zimno (C), stan dostawy walcowany normalizująco lub walcowany.
1.8. Na czym polega proces walcowania termomechanicznego.
Walcowanie termomechaniczne to proces walcowania , w którym końcowe odkształcenie przeprowadza się w określonym zakresie temperatur, co prowadzi d stanu materiału o pewnych właściwościach, których nie da się uzyskać lub odtworzyć za pomocą samej tylko obróbki cieplnej. Stan materiału oznaczony jest: N – normalizowanie, NL – walcowanie normalizujące, M, ML - walcowanie termomechaniczne, przy czym L oznacza podwyższoną plastyczność.
1.9. Jakie sytuacje obliczeniowe należy uwzględnić w obliczeniach statycznych.
Konstrukcje należy zaprojektować tak, aby jej nośność, użytkowalność i trwałość była należyta w zamierzonym okresie użytkowania bez nadmiernych kosztów. Orientacyjny projektowy okres użytkowania budynków wynosi 50 lat, a wymienialnych części konstrukcji np. belek podsuwnicowych 10-25 lat. Obliczenia konstrukcji należy przeprowadzać metodą stanów granicznych. Rozróżnia się stany graniczne nośności i stany graniczne użytkowalności, które należy odnieść do sytuacji obliczeniowych. Sytuacje obliczeniowe dzielą się:
Sytuacje trwałe, odnoszą się do zwykłych warunków użytkowania. Sytuacje przejściowe, odnoszą się do chwilowych warunków konstrukcji np. w czasie budowy lub naprawy. Sytuacje wyjątkowe odnoszą się do wyjątkowych warunków konstrukcji np. pożar, wybuch, uderzenie lub konsekwencje lokalnego zniszczenia. Sprawdzenie stanów granicznych należy dokonać dla wszystkich sytuacji obliczeniowych i przypadków obciążenia.
2. Układy konstrukcyjne hal.
2.1. Wymienić i omówić układy konstrukcyjne hal stalowych.
W układzie konstrukcyjnym hali wyodrębnić można główny ustrój nośny oraz konstrukcje wsporcze obudowy ścian i dachu. W halach przemysłowych mogą wystąpić dodatkowo elementy związane z transportem wewnętrznym, jak belki suwnic podwieszanych lub natorowych oraz konstrukcja pomocnicza jak antresola, pomosty itp. Głównym ustrojem nośnym nazywamy ustrój, który przenosi na fundamenty większość obciążeń hali. Mogą to być ustroje poprzeczne płaskie stężone w kierunku podłużnym i ustroje przestrzenne. Najczęściej stosowane są ustroje poprzeczne płaskie ze względu na łatwość wytwarzania, transportu i montażu. Do ustrojów płaskich zalicza się ustroje słupowo – wiązarowe, ramy z ryglem kratowym i ramy kratowe oraz ramy pełnościenne. W przypadku gdy wymogi technologii narzucają duży rozstaw słupów w obu kierunkach oraz dwukierunkowe podwieszenie ciągów transportowych i instalacyjnych, przekrycie hal kształtuje się w postaci segmentów opartych na słupach dwukierunkowo utwierdzonych w fundamentach.
2.2. Rodzaje układów słupowo – wiązarowych. Ich zalety i wady.
Ustrojem słupowo – wiązarowym nazywane są konstrukcje nośne, złożone ze słupów kratowych lub pełnościennych i połączonych z nimi przegubowo wiązarów. Stosowane są zarówno w halach jedno lub wielonawowych. Ustroje słupowo – wiązarowe znajdują zastosowanie w halach o stosunku wysokości do rozpiętości H/L – 0,3-0,5. Ich głównymi zaletami są stosunkowo duża sztywność w kierunku poprzecznym, łatwość montażu wynikająca z samostateczności wiązarów i łatwość adaptacji w przypadku zmiany przeznaczenia hali. Główną wadą układów słupowo – wiązarowych jest przekazywanie na grunt dużych momentów zginających wynikających z utwierdzenia słupa w fundamencie. Wpływa to niekorzystnie na wymiary stóp fundamentowych, a w przypadku słabych gruntów może wymagać specjalnych metod fundamentowania.
2.3. Zalety i wady ram z ryglami kratowymi i ram kratowych.
Na rysunku a , wiązar jest połączony sztywno ze słupami utwierdzonymi w fundamencie , co jest zaletą w halach wysokich gdy H/L >1, w celu zmniejszenia przemieszczeń poziomych. Główną zaletą tego rozwiązania jest duża sztywność w kierunku poprzecznym umożliwiająca stosowanie ciężkich suwnic oraz dobre wyrównanie momentów zginających w całym przekroju poprzecznym pozwalająca na racjonalne rozmieszczenie materiału. Do wad ustroju należy duża wrażliwość na nierównomierne osiadanie słupów eliminująca stosowanie tego typu hal na terenach górniczych i trudniejszy montaż – konieczność stosowania dodatkowych stężeń poziomych w strefie przypodporowej rygla.
2.4. Zalety i wady ram pełnościennych.
Ramy ze ściągiem są bardzo ekonomiczne i pod względem zużycia stali niewiele ustępują ustrojom kratowym. Warunkiem ich stosowania jest nachylenie połaci dachowej co najmniej 1:10 przy rozpiętości do 30 m i większe powyżej tej rozpiętości. Połączenia słupów ram z fundamentami projektuje się jako przegubowe w halach niskich bez suwnic i z suwnicami podwieszanymi oraz jako sztywne w halach wysokich i w halach z suwnicami na torowymi. Przegubowe połączenia pozwalają na zmniejszenie wymiarów fundamentów, co ma szczególne znaczenie w przypadku słabych gruntów. Zastosowanie ściągu umożliwia zmniejszenie siły rozporu rygla i zmniejszenie momentów zginających w ryglu i słupach. Ramy z blachownic o zbieżnym środniku, połączone przegubowo z fundamentem stosowane są w halach niskich. W wersji uproszczonej ramy można projektować z dwuteowników walcowanych wzmocnionych w węzłach.
2.5. Omówić układy hal w połączeniach przegubowych, stężone w płaszczyźnie dachu i ścian.
Do układów przestrzennych zalicza się: układy składające się z samostatecznych ram płaskich połączonych ze sobą za pomocą dodatkowych tężników poziomych oraz układy przegubowe usztywnione stężeniami lub sztywnymi tarczami dachu i ścian. Współdziałanie płaskich układów poprzecznych uzyskuje się przez zastosowanie tężników wzdłuż osi podłużnej hali, uwzględnienie współpracy poziomych stężeń belek podsuwnicowych oraz uwzględnienie działania pokrycia dachowego, pomostów roboczych, stężeń podłużnych, ścian osłonowych, jeżeli spełniają one warunki przenoszenia obciążeń zewnętrznych w odpowiednim kierunku.
Hale o połączeniach przegubowych stosuje się wszędzie tam , gdzie można spodziewać się nierównomiernego osiadania konstrukcji, a więc np. na terenach objętych eksploatacja górniczą z podsadzką pisakową, niedozwolone jest natomiast stosowanie tego typu hal przy eksploatacji na „zawał”. Geometryczną niezmienność układu w przestrzeni uzyskuje się za pomocą stężeń kratowych dachu oraz ścian szczytowych i podłużnych lub przez wykorzystanie sztywności obudowy z blach fałdowych. Układ może być realizowany w halach krótkich jedno lub wielonawowych, z użyciem suwnic o udźwigu do 50 kN w halach o długości 60 m i 30 kN w halach dłuższych. Projektując hale w tym rozwiązaniu należy zwrócić uwagę na stosowanie płatwi jednoprzęsłowych swobodnie podpartych oraz na staranne mocowanie pokrycia dachowego tak, aby nie mogło się ono zsunąć z płatwi lub górnych pasów wiązarów dachowych w wyniku ruchów hali spowodowanych nierównomiernym osiadaniem. Szkielet o połączeniach przegubowych może być również stosowany w przypadku korzystnych warunków posadowienia, wówczas połączenia powinny mieć nośność wystarczającą do zapewnienia stateczności konstrukcji w stadium montażu.
3. Belki podsuwnicowe.
3.1. Rodzaje oddziaływań zmiennych od dźwignic.
Suwnica – dźwignica klasyfikuje się w zależności od warunków eksploatacji. Podstawami tej klasyfikacji są parametry
a) Całkowita liczba cykli pracy w przewidywanym okresie eksploatacji
b) Przeciętna odległość
c) Względna częstość podnoszenia ładunków
d) Przeciętna liczba przyspieszeń podczas jednego ruchu.
Oddziaływania wywołane przez dźwignice klasyfikuje się jako zmienne i wyjątkowe. Oddziaływania zmienne wywołane dźwignicami zależą od zmienności w czasie i zmienności położenia. Obejmują one obciążenia grawitacyjne łącznie z ciężarem podnoszonym, siły bezwładności spowodowane przyśpieszaniem lub opóźnianiem, zakusowaniem oraz pozostałe oddziaływania dynamiczne. Oddziaływania zmienne rozdziela się na : oddziaływania pionowe spowodowane ciężarem własnym dźwignicy i ładunku oraz oddziaływania poziome spowodowane przyśpieszaniem lub opóźnianiem albo zakusowaniem , ewentualnie innymi wpływami dynamicznymi. Wartości oddziaływań zmiennych od dźwignic są wartościami charakterystycznymi , złożonymi z części statycznej i dynamicznej . Efekty dynamiczne opisywane są za pomocą współczynnika dynamicznego i stosowanego do wartości statycznych zależności Fφk=φ*Fk - wartość charakterystyczna dynamicznego oddziaływania suwnicy, współczynnik dynamiczny, wartość charakterystyczna statycznego oddziaływania suwnicy.
3.2. Układy obciążeń do wyznaczania miarodajnych oddziaływań dźwignic. Podwieszanych i pomostowych.
W przypadku wciągników jednoszynowych podwieszonych do belek toru jezdnego rozpatruje się następujące układy obciążeń: obciążenia pionowe wyznaczone na podstawie ciężaru własnego, ciężaru podnoszonego i współczynników dynamicznych, obciążenia poziome podłużne do toru, które przy braku dokładniejszych danych przyjmuje się równe 5% maksymalnej siły pionowej przypadającej na koło, bez uwzględnienia współczynnika dynamicznego.
W przypadku suwnic pomostowych rozpatruje się dwa układy obciążeń: oddziaływania pionowe wywołane siłami ciężkości dźwignicy i ładunku i oddziaływania poziome wśród których rozróżnia się.
1. Siły poziome spowodowane przyspieszaniem lub opóźnianiem ruchu suwnicy wzdłuż belek toru jezdnego.
2. Siły poziome spowodowane przyspieszaniem lub opóźnianiem ruchu wózka suwnicy lub wciągnika wzdłuż mostu suwnicy.
3. Siły poziome spowodowane z ukosowaniem suwnicy w stosunku do jej ruchu wzdłuż belek toru jezdnego.
4. Siły poziome uderzenia w zderzaki spowodowane ruchem suwnicy.
5. Siły poziome uderzenia w zderzaki spowodowane ruchem wózka suwnicy lub wciągnika.
Siły poziome od suwnic podwieszonych przyjmuje się w poziomie styku koła o wartości równej co najmniej 10 % maksymalnej siły pionowej przekazywanej przez koło, bez uwzględnienia współczynnika dynamicznego.
3.3. Obciążenie chodników i pomostów do obsługi dźwignic.
Obciążenie chodników komunikacyjnych, schodów i pomostów przyjmuje się siłę pionową Q , rozłożoną na powierzchni kwadratu o wymiarach 0,3 m x 0,3 m. jeżeli przejścia , schody i platformy są przewidziane tylko do dostępu można przyjmować wartość charakterystyczną Q = 1,5 kN. 3,0 kN – miejsca gdzie mogą być składowane materiały, 0,3 kN - obciążenie poręczy balustrady, ułożonej w najmniej korzystnym położeniu.
Obciążenia użytkowe schodów i chodników 1,5 kN/ m2, obciążenia pomostów remontowych 2,5 kN/m2.
3.4. Obciążenia wiatrem i śniegiem torów jezdnych usytuowanych na zewnątrz budynków.
Przy rozpatrywaniu kombinacji oddziaływań od suwnic z innymi oddziaływaniami należy rozróżnić dwa przypadki : tory jezdne na zewnątrz budynku i tory jezdne wewnątrz budynku. W przypadku torów jezdnych na zewnątrz budynków charakterystyczne obciążenie wiatrem działające na dźwignicę, ładunek i urządzenia chwytające należy obliczać przyjmując, że obciążenie rozkłada się równomiernie na wszystkie koła dźwignicy i działa w punktach syku kół z szynami. Do obliczeń siły wiatru dla stanu roboczego przyjmuje się równą prędkość 20 m/s. Powierzchnia nawietrzna ładunku podnoszonego powinna być wyznaczona dla każdego przypadku. Działanie wiatru należy również rozpatrzyć, dla stanu spoczynku dźwignicy z pominięciem wpływu ładunku podnoszonego lecz dla prędkości wiatru odpowiadającej strefie obciążenia. Obciążenie śniegiem torów jezdnych na zewnątrz budynku z reguły się pomija. W budynkach zamkniętych obciążenie wiatrem i śniegiem uwzględnia się tylko wtedy , gdy obciążenia te są przekazywane na belki podsuwnicowe z konstrukcji dachu lub ścian.
3.5. W jakim przypadku należy sprawdzić nośność konstrukcji ze względu na zmęczenie.
Przez zmęczenie należy rozumieć proces inicjacji i propagacji pęknięć w konstrukcji spowodowany oddziaływaniem okresowo zmiennych naprężeń. Ruchome obciążenie belki dźwignicą powoduje w jej przekrojach zmianę wartości sił wewnętrznych i związanych z nimi naprężeń. Wielokrotne zmiany występujące w okresie eksploatacji mogą powodować obniżenie wytrzymałości belki. Gdy sumaryczna liczba cykli naprężeń w przewidywanym okresie eksploatacji konstrukcji jest większa niż N = 10 4, wówczas należy sprawdzić nośność konstrukcji ze względu na zmęczenie materiału.
3.6. Jakimi metodami ocenia się zmęczenie konstrukcji.
Ocenę zmęczenia przeprowadza się stosując jedną z metod : metoda tolerowanych uszkodzeń i metoda bezwarunkowej żywotności. Metoda tolerowanych uszkodzeń zapewnia odpowiednią niezawodność konstrukcji, pod warunkiem, że w okresie eksploatacji konstrukcja poddawana jest kontroli i zabiegom utrzymania, mającym na celu wykrycie i usunięcie uszkodzeń zmęczeniowych. Metoda bezwarunkowej żywotności zapewnia odpowiednią niezawodność konstrukcji bez konieczności regularnych kontroli na okoliczność uszkodzeń zmęczeniowych w okresie eksploatacji. Metodę tą stosuje się , gdy lokalne pęknięcie w jakiejś części konstrukcji mogłoby doprowadzić do zniszczenia elementu lub konstrukcji. Zakłada się ,że w przypadku belek podsuwnicowych metoda ta jest właściwa.
3.7. Od czego zależy wytrzymałość zmęczeniowa.
Wyt...
IKPN