KONSTRUKCJE STALOWE
W EUROPIE
Jednokondygnacyjne
konstrukcje stalowe
Część 6: Projekt wykonawczy
słupów złożonych
Jednokondygnacyjne
konstrukcje stalowe
Część 6: Projekt wykonawczy
słupów złożonych
6 - ii
Część 6: Projekt wykonawczy słupów złożonych
PRZEDMOWA
Niniejsza publikacja stanowi część szóstą przewodnika projektanta zatytułowanego
Jednokondygnacyjne konstrukcje stalowe.
Przewodnik Jednokondygnacyjne konstrukcje stalowe składa się z następujących 11 części:
Część 1: Poradnik architekta
Część 2: Projekt koncepcyjny
Część 3: Oddziaływania
Część 4: Projekt wykonawczy ram portalowych
Część 5: Projekt wykonawczy kratownic
Część 6: Projekt wykonawczy słupów złożonych
Część 7: Inżynieria pożarowa
Część 8: Przegrody zewnętrzne budynku
Część 9: Wprowadzenie do oprogramowania komputerowego
Część 10: Wzorcowa specyfikacja konstrukcji
Część 11: Połączenia zginane
Jednokondygnacyjne konstrukcje stalowe to jeden z dwóch przewodników projektanta.
Drugi przewodnik nosi tytuł Wielokondygnacyjne konstrukcje stalowe.
Obydwa przewodniki projektanta powstały w ramach europejskiego projektu Wspieranie
rozwoju rynku kształtowników na potrzeby hal przemysłowych i niskich budynków
(SECHALO) RFS2-CT-2008-0030 .
Przewodniki projektanta zostały opracowane pod kierownictwem firm ArcelorMittal,
Peiner Trger oraz Corus. Treść techniczna została przygotowana przez ośrodki badawcze
CTICM oraz SCI współpracujące w ramach joint venture Steel Alliance.
6 - iii
Część 6: Projekt wykonawczy słupów złożonych
6 - iv
Część 6: Projekt wykonawczy słupów złożonych
Spis treści
Nr strony
PRZEDMOWA iii
STRESZCZENIE vi
1 WPROWADZENIE 1
2 RODZAJE ELEMENTÓW ZAOŻONYCH I ZAKRES ICH ZASTOSOWANIA 2
2.1 Ogólne 2
2.2 Słupy złożone z kratowaniem 5
2.3 Słupy złożone z przewiązkami 8
3 OBLICZENIA SZCZEGÓAOWE 9
3.1 Ogólne 9
3.2 Metodologia obliczeniowa dla słupów złożonych z kratowaniem 9
3.3 Metodologia obliczeniowa dla słupów złożonych z przewiązkami 15
3.4 Długość wyboczeniowa 19
LITERATURA 20
ZAACZNIK A Przykład praktyczny: Projekt słupa złożonego kratowanego 22
6 - v
Część 6: Projekt wykonawczy słupów złożonych
STRESZCZENIE
W niniejszym przewodniku omówiono układy konstrukcyjne i obliczenia słupów złożonych
wykonanych z kształtowników walcowanych na gorąco.
Obliczenia zawierają odnośniki do normy europejskiej EN 1993-1-1 z dodatkowymi
informacjami w razie potrzeby.
Zaprezentowano podane w normie EN 1993-1-1 procedury projektowe umożliwiające
weryfikację słupa złożonego z kratowaniem lub z przewiązkami za pomocą uproszczonych
równań i wzorów.
W Załączniku A podano przykład praktyczny.
6 - vi
Część 6: Projekt wykonawczy słupów złożonych
1 WPROWADZENIE
Słupy złożone wykorzystuje się w konstrukcji stalowej, gdy długości wyboczeniowe
słupa są duże, a siły ściskające są stosunkowo małe. W niniejszym przewodniku
omówiono dwa rodzaje słupów złożonych:
" słupy złożone z kratowaniem,
" słupy złożone z przewiązkami.
W niniejszym dokumencie przedstawiono przegląd podstawowych informacji
dotyczących takich elementów konstrukcyjnych. Opisano w nim zgodną z normą
EN 1993-1-1[1] metodę projektową służącą do wyznaczania sił wewnętrznych
i nośności na wyboczenie każdego elementu (pasów, krzyżulców itp.) słupów
złożonych wykonanych z kształtowników walcowanych na gorąco.
Należy zauważyć, że z powodu odkształcenia przy ścinaniu słupy złożone
z przewiązkami są bardziej giętkie niż słupy pełnościenne o takiej samej
bezwładności; musi to być uwzględnione w projekcie.
Aby uzyskać nośność osiową stalowego słupa złożonego, należy zająć się
następującymi kwestiami:
" Analiza słupa złożonego w celu określenia sił wewnętrznych przez
uwzględnienie równoważnej początkowej imperfekcji i efektów
drugiego rzędu
" Weryfikacja pasów i elementów stężających (krzyżulców i przewiązek)
" Weryfikacja połączeń.
Pełny przykład praktyczny słupa złożonego o układzie kratowania typu N
podano w Załączniku A ilustrującym zasady projektowania.
6 - 1
Część 6: Projekt wykonawczy słupów złożonych
2 RODZAJE ELEMENTÓW ZAOŻONYCH
I ZAKRES ICH ZASTOSOWANIA
2.1 Ogólne
Ogólnie rzecz biorąc, słupy złożone w budynkach przemysłowych wykorzystywane
są albo jako słupy do podtrzymywania okładzin, gdy ich długość wyboczeniowa
jest bardzo duża, albo jako słupy podpierające belkę podsuwnicową.
Gdy słup jest wykorzystywany jako słup do podtrzymywania okładzin, z końcami
połączonymi przegubowo, projektuje się go tak, aby przeciwstawiał się siłom
poziomym wynikającym głównie z naporu wiatru. Stąd moment zginający
w takim słupie złożonym jest dominujący w stosunku do siły ściskającej.
Rysunek 2.1 Słup do podtrzymywania okładzin z końcami połączonymi
przegubowo
Typowy słup złożony podpierający belkę podsuwnicową pokazano na rysunku 2.2.
Słupy tego rodzaju zwykle mają zamocowaną podstawę i górny koniec połączony
przegubowo, a projektuje się je tak, aby mogły wytrzymywać:
" Siły ściskające wywierane przez ramę lub szynę podsuwnicową
" Wynikające z oddziaływań dzwignicy siły poziome przyłożone do pasa
wewnętrznego oraz obciążenia wiatrem przyłożone do pasa zewnętrznego.
W tym przypadku siły ściskające są dominujące w stosunku do momentu
zginającego.
6 - 2
Część 6: Projekt wykonawczy słupów złożonych
1
NEd = 900 kN
MEd = 450 kNm
1 Belka
podsuwnicowa
Rysunek 2.2 Słup złożony podpierający belkę podsuwnicową
Słupy złożone składają się z dwóch równoległych pasów połączonych ze sobą
za pomocą kratowania lub przewiązek, patrz rysunek 2.1. Generalnie układ
kratownicy z reguły koncentruje materiał w miejscach najbardziej efektywnych
konstrukcyjnie pod względem przenoszenia sił.
W budynku przemysłowym oraz dla danej wysokości, słupy złożone mają
teoretycznie najmniejszą masę stali ze wszystkich stalowych konstrukcji ramowych.
Pasy i elementy usztywniające słupa złożonego mogą być wykonane z dowolnego
kształtownika walcowanego na gorąco. Najczęściej jednak pasy wykonywane są
z ceowników lub dwuteowników. Ich kombinacja z kątownikami stanowi dogodne
rozwiązanie techniczne słupów złożonych z kratowaniem lub przewiązkami.
W słupach złożonych przewiązki wykonuje się również z płaskowników.
W niniejszym przewodniku omówiono dwa rodzaje słupów złożonych z końcami
połączonymi przegubowo, w stosunku do których zakłada się, że są bocznie
podparte:
" słupy kratowane,
" słupy z przewiązkami.
6 - 3
Część 6: Projekt wykonawczy słupów złożonych
Słup kratowany Słup z przewiązkami
Rysunek 2.3 Słupy złożone
Różnica między tymi dwoma rodzajami słupów złożonych polega na sposobie
połączenia elementów usztywniających (kratowania i przewiązek) z pasami. Słup
pierwszego rodzaju zawiera krzyżulce (i ewentualnie rozpórki) projektowane
z końcami połączonymi przegubowo. Słup drugiego rodzaju zawiera przewiązki
z końcami przymocowanymi do pasów i funkcjonujące jak prostokątna płyta.
Bezwładność słupa złożonego zwiększa się wraz ze wzrostem odległości między
osiami pasów. Wzrost sztywności jest równoważony zwiększeniem masy i kosztów
połączeń między elementami.
Słupy złożone charakteryzują się względnie lekką konstrukcją o dużej
bezwładności. Istotnie położenie pasów, z dala od środka masy przekroju słupa
złożonego, bardzo korzystny wpływa na osiąganie dużej bezwładności.
Te elementy konstrukcyjne są zwykle przeznaczone do wykorzystywania
w wysokich konstrukcjach, w których przemieszczenia poziome są ograniczone
do małych wartości (np. słupy podpierające belki podsuwnicowe).
Na nośność osiową słupów złożonych duży wpływ mają odkształcenia przy
ścinaniu. Początkowa imperfekcja łukowa znacząco się zwiększa z powodu
odkształceń przy ścinaniu.
Zachowanie słupów złożonych można analizować za pomocą prostego modelu
sprężystego.
6 - 4
Część 6: Projekt wykonawczy słupów złożonych
2.2 Słupy złożone z kratowaniem
2.2.1 Ogólne
Istnieje wiele konfiguracji słupów z kratowaniem, które można brać pod uwagę.
Powszechnie jednak wykorzystuje się układy kratowania typu N i typu V.
Rysunek 2.4 Słup złożony z kratowaniem w budynku przemysłowym
Wybór na pasy ceowników lub dwuteowników zapewnia różne korzyści.
Dwuteowniki są efektywniejsze konstrukcyjnie i dlatego są potencjalnie płytsze
niż ceowniki. W przypadku słupów złożonych, na które działa duża osiowa siła
ściskająca (na przykład w przypadku słupów podpierających dzwignice),
dwuteowniki lub dwuteowniki szerokostopowe są odpowiedniejsze niż ceowniki.
Ceowniki mogą być odpowiednie wówczas, gdy trzeba zapewnić dwie
płaskie strony.
Teowniki wycięte z kształtowników słupów zgodnych z normami europejskimi
również mogą być wykorzystywane jako pasy. Środnik teowników powinien
być odpowiednio wysoki, aby można było łatwo przyspawać elementy stężające.
Elementy usztywniające słupa z kratowaniem utworzone z kątowników pozwalają
na wykonanie połączeń spawanych bez blach węzłowych, co minimalizuje koszty
wytwarzania. Inne rodzaje elementów wymagają zastosowania blach węzłowych
lub bardziej złożonego spawania.
Osie środków masy elementów usztywniających poddawanych ściskaniu
i rozciąganiu nie muszą spotykać się w tym samym punkcie na osiach pasów.
W rzeczywistości słupy z kratowaniem z mimośrodowością na połączeniach
mogą być tak samo efektywne, jak słupy bez mimośrodowości. Połączenie pas-
element usztywniający może być rozdzielone bez zwiększenia masy stali. Choć
6 - 5
Część 6: Projekt wykonawczy słupów złożonych
połączenia mimośrodowe wymagają obliczenia momentów miejscowych, mają
one pewne zalety. Połączenia mimośrodowe zapewniają dodatkowe miejsce na
spawanie, zmniejszając tym samym złożoność wytwarzania. Ponadto zmniejszona
długość pasa ściskanego zapewnia podwyższoną nośność na wyboczenie i przy
zginaniu, co częściowo kompensuje dodatkowe momenty generowane przez
mimośrodowość połączenia. W przypadku pojedynczych kątowników zaleca
się, aby mimośrodowość połączenia była zminimalizowana.
2.2.2 Różne geometrie kratowania
Układ kratowania typu N, pokazany na rysunku 2.5(a), można uznać za
najbardziej efektywną konfigurację kratownicy dla typowych ram w budynkach
przemysłowych. Elementy usztywniające układu typu N składają się z krzyżulców
i słupków, które spotykają się w tym samym miejscu na osiach pasów.
Taki układ zmniejsza długość ściskanych pasów i krzyżulców. Zwykle stosuje
się go w ramach, na które działa znaczna równomierna siła ściskająca.
W układzie kratowania typu V zwiększona jest długość ściskanych pasów
i krzyżulców oraz zmniejszona jest nośność tych elementów konstrukcyjnych
na wyboczenie. Ten układ wykorzystuje się w ramach, na które działa niewielka
siła ściskająca.
Konfiguracje typu X zasadniczo nie są wykorzystywane w budynkach, ze względu
na koszty i złożoność wytwarzania.
(c) typ X
(a) typ N (b) typ V
Rysunek 2.5 Różne typy układów kratowania
6 - 6
Część 6: Projekt wykonawczy słupów złożonych
2.2.3 Szczegóły konstrukcji
Pojedyncze układy kratowania na przeciwległych powierzchniach elementu
konstrukcyjnego złożonego o dwóch równoległych płaszczyznach kratowanych
powinny być układami zgodnymi, jak pokazano na rysunku 2.6(a) (EN 1993-1-1,
ż 6.4.2.2(1)).
Gdy pojedyncze układy kratowania na przeciwległych powierzchniach elementu
konstrukcyjnego złożonego o dwóch równoległych płaszczyznach kratowanych
są ustawione wzajemnie przeciwnie, jak pokazano na rysunku 2.6(b), wówczas
należy uwzględnić wynikowe momenty skręcające w elemencie konstrukcyjnym.
Pasy muszą być projektowane z uwzględnieniem dodatkowej mimośrodowości
spowodowanej zginaniem poprzecznym, co może mieć znaczący wpływ na
rozmiar elementu konstrukcyjnego.
Zaleca się zamontowanie płyt łączących na końcach układów kratowania,
w miejscach przerwania kratowania oraz w miejscach połączeń z innymi
elementami konstrukcyjnymi.
1 1 1 1
A B AB
2 2 2 2
1 2 2 1 1 2 2 1
Kratowanie Kratowanie Kratowanie Kratowanie
na powierzchni A na powierzchni B na powierzchni A na powierzchni B
(a) Zgodny układ kratowania (b) Wzajemnie przeciwny układ kratowania
(układ zalecany) (układ niezalecany)
Rysunek 2.6 Pojedynczy układ kratowania na przeciwległych powierzchniach
elementu konstrukcyjnego złożonego o dwóch równoległych
płaszczyznach kratowanych
6 - 7
Część 6: Projekt wykonawczy słupów złożonych
2.3 Słupy złożone z przewiązkami
Słupy złożone z przewiązkami nie są odpowiednie w przypadku ram w budynkach
przemysłowych. Czasami wykorzystuje się je jako odosobnione elementy
konstrukcyjne ram w szczególnych warunkach, tam gdzie siły poziome nie są
znaczące.
Pasy najczęściej wykonuje się z ceowników lub teowników, natomiast przewiązki
wykonywane są z płaskowników. Końce przewiązek muszą być przymocowane
do pasów.
Słupy złożone z przewiązkami składają się z leżących na dwóch równoległych
płaszczyznach przewiązek połączonych z półkami pasów. Położenie przewiązek
powinno być jednakowe na obydwóch płaszczyznach. Przewiązki należy
umieszczać na każdym końcu elementu konstrukcyjnego złożonego.
Należy także umieszczać przewiązki w pośrednich punktach przyłożenia obciążeń
oraz w punktach utwierdzenia bocznego.
a) Pasy wykonane z ceowników
b) Pasy wykonane z dwuteowników
Rysunek 2.7 Elementy konstrukcyjne ściskane z przewiązkami z dwoma
rodzajami pasów
6 - 8
Część 6: Projekt wykonawczy słupów złożonych
3 OBLICZENIA SZCZEGÓAOWE
3.1 Ogólne
Opisana poniżej metodologia obliczeniowa może być stosowana do weryfikacji
nośności różnych komponentów elementu konstrukcyjnego złożonego z końcami
połączonymi przegubowo pod kątem najbardziej krytycznej kombinacji ULS.
Przyjmuje się, że obliczeniowa siła osiowa NEd i obliczeniowy moment zginający MEd
względem osi mocnej elementu konstrukcyjnego złożonego zostały wyznaczone
na podstawie analizy zgodnie z normą EN 1993-1-1[1].
Ta metodologia ma zastosowanie do słupów złożonych, w których moduły
kratowania lub przewiązek są jednakowe, a pasy są równoległe. Minimalną
liczbą modułów elementu konstrukcyjnego jest 3.
Metodologię przedstawiono na schemacie blokowym na rysunku 3.2 dla słupów
złożonych z kratowaniem i na rysunku 3.4 dla słupów złożonych z przewiązkami.
Zilustrowano ją przykładem praktycznym podanym w Załączniku A.
3.2 Metodologia obliczeniowa dla słupów złożonych
z kratowaniem
3.2.1 Krok 1: Maksymalna ściskająca siła osiowa w pasach
Efektywny geometryczny moment bezwładności powierzchni względem osi
Efektywny geometryczny moment bezwładności powierzchni względem osi
oblicza się za pomocą następującej zależności (EN 1993-1-1, ż 6.4.2.1(4)):
2
Ieff = 0,5 h0 Ach
gdzie:
h0 jest odległością między środkami masy pasów.
Ach jest polem przekroju poprzecznego jednego pasa.
Sztywność ścinania
W celu weryfikacji stateczności słupa złożonego z kratowaniem należy uwzględnić
wydłużenie sprężyste krzyżulców i słupków, aby uzyskać sztywność ścinania Sv.
Wzory do obliczania sztywności ścinania Sv podano w tabeli 3.1 dla różnych
układów kratowania.
6 - 9
Część 6: Projekt wykonawczy słupów złożonych
Początkowa imperfekcja łukowa
Słup złożony uważa się za słup o początkowej imperfekcji łukowej wynoszącej e0,
jak pokazano na rysunku 3.1:
e0 =L/500
gdzie:
L jest długością elementu konstrukcyjnego złożonego
Tabela 3.1 Sztywność ścinania Sv słupów złożonych
typ N typ V typ K typ X
d
d d d
Ad
a a a
a
Ad
Ad
Ad
Ad
Av Av
Av
h0 h0 h0
h0
3
2 2 2
nEAdah0
nEAdah0 nEAdah0 2nEAdah0
SV
SV = SV = SV =
3
3 3 3
Ą# ń#
Adh0
2d d d
3
d
ó#1+ 3 Ą#
Add
ó# Ą#
Ł# Ś#
n jest liczbą płaszczyzn kratowania
Ad jest polem powierzchni przekroju krzyżulca
Av jest polem powierzchni przekroju słupka
d jest długością krzyżulca
NEd
L/2
e0 = L/500
L/2
Rysunek 3.1 Początkowa imperfekcja łukowa
6 - 10
Część 6: Projekt wykonawczy słupów złożonych
Maksymalna siła ściskania osiowego w pasach
Weryfikacje dla pasów powinno się wykonywać za pomocą sił obliczeniowych
Nch,Ed wynikających z przyłożonej siły ściskającej NEd i momentu zginającego MEd
w połowie wysokości słupa złożonego.
W przypadku elementu konstrukcyjnego o dwóch identycznych pasach, siłę
obliczeniową Nch,Ed wyznacza się z następującej zależności (EN 1993-1-1, ż 6.4):
NEd M h0 Ach
Ed
Nch,Ed = +
2 2Ieff
gdzie:
MEd jest maksymalnym momentem zginającym w połowie wysokości słupa
złożonego, łącznie z równoważną imperfekcją e0 i efektami drugiego rzędu:
I
NEde0 + M
Ed
MEd =
NEd NEd
1- -
Ncr Sv
Ncr jest efektywną siłą krytyczną słupa złożonego:
ĄEIeff
Ncr =
L2
NEd jest obliczeniową siłą ściskania osiowego przyłożoną do słupa złożonego.
I
M jest wartością obliczeniową maksymalnego momentu w połowie
Ed
wysokości słupa złożonego bez efektów drugiego rzędu.
3.2.2 Krok 2: Nośność pasa na wyboczenie w płaszczyznie
Klasyfikacja przekroju poprzecznego pasa
Przekrój poprzeczny pasa należy klasyfikować zgodnie z tabelą 5.2 normy
EN 1993-1-1.
Nośność pasa na wyboczenie względem osi z-z
Należy zweryfikować nośność pasa na wyboczenie giętne w płaszczyznie elementu
konstrukcyjnego złożonego, tj. względem osi słabej przekroju poprzecznego
pasa (oś z-z). Weryfikacja wyboczenia jest wykonywana za pomocą zależności
(EN 1993-1-1, ż 6.4.2):
Nch,Ed
d" 1
Nb,z,Rd
gdzie:
Nb,z,Rd jest obliczeniową nośnością pasa na wyboczenie względem osi
słabej przekroju poprzecznego, obliczoną zgodnie z ż 6.3.1 normy
EN 1993-1-1.
Informacje dotyczące długości wyboczeniowej Lch pasa zamieszczono w rozdziale 3.4
niniejszego przewodnika.
6 - 11
Część 6: Projekt wykonawczy słupów złożonych
3.2.3 Krok 3: Nośność pasów na wyboczenie z płaszczyzny
Należy uwzględnić nośność elementu konstrukcyjnego na wyboczenie z płaszczyzny,
tj. wyboczenie względem osi mocnej przekroju poprzecznego pasów (osi y-y).
Weryfikacja wyboczenia jest wykonywana za pomocą zależności:
Nch,Ed
d" 1
Nb,y,Rd
gdzie:
Nb,y,Rd jest obliczeniową nośnością pasa na wyboczenie względem osi mocnej
przekroju poprzecznego, obliczoną zgodnie z ż 6.3.1 normy EN 1993-1-1.
Długość wyboczeniowa zależy od warunków podparcia elementu konstrukcyjnego
złożonego dla wyboczenia z płaszczyzny. Podpory na końcach elementu
konstrukcyjnego zazwyczaj przyjmuje się jako przegubowe. Można jednak
zapewnić pośrednie utwierdzenia boczne.
3.2.4 Krok 4: Maksymalna siła ścinająca
Weryfikację elementów usztywniających słupa złożonego z końcami połączonymi
przegubowo wykonuje się dla końcowego panelu, uwzględniając siłę ścinającą
jak opisano poniżej.
W przypadku elementu konstrukcyjnego złożonego poddawanego tylko osiowej
sile ściskającej siłę ścinającą można obliczyć z zależności:
M
Ed
VEd = Ą
L
gdzie:
I
MEd jest momentem zginającym jak obliczono w kroku 2 z: M = 0
Ed
W przypadku elementu konstrukcyjnego złożonego poddawanego tylko
równomiernie rozłożonemu obciążeniu wzór na siłę ścinającą jest następujący:
M
Ed
VEd = 4
L
gdzie:
MEd jest maksymalnym momentem zginającym spowodowanym
rozłożonym obciążeniem.
Słupy złożone są często poddawane kombinacji osiowej siły ściskającej NEd
i równomiernie rozłożonego obciążenia. A zatem współczynnik zmienia się
pomiędzy Ą/L a 4/L. Dla uproszczenia siłę ścinającą można obliczyć przez
interpolację liniową:
# ś#
1 eoNEd ź#
ś#
VEd = - (4 -Ą )
I
ś#4
L eoNEd + MEd ź#MEd
# #
gdzie:
MEd jest maksymalnym momentem zginającym jak obliczono w kroku 2.
I
Moment zginający M jest maksymalnym momentem spowodowanym
Ed
rozłożonym obciążeniem.
6 - 12
Część 6: Projekt wykonawczy słupów złożonych
3.2.5 Krok 5: Nośność na wyboczenie elementów usztywniających
poddawanych ściskaniu
Maksymalna osiowa siła ściskająca
Maksymalną siłę osiową NEd w elementach usztywniających sąsiadujących
z końcami uzyskuje się z siły ścinającej VEd.
Klasyfikacja ściskanych elementów usztywniających
Przekrój poprzeczny elementu usztywniającego jest klasyfikowany zgodnie
z tabelą 5.2 normy EN 1993-1-1.
Nośność na wyboczenie
Weryfikację wyboczenia elementów usztywniających należy wykonywać dla
wyboczenia względem osi słabej przekroju poprzecznego, wykorzystując
następujące kryterium:
Nch,Ed
d" 1
Nb,Rd
gdzie, Nb,z,Rd jest obliczeniową nośnością elementu usztywniającego na wyboczenie
względem osi słabej przekroju poprzecznego, obliczoną zgodnie z ż 6.3.1 normy
EN 1993-1-1.
Informacje dotyczące długości wyboczeniowej elementów usztywniających
podano w rozdziale 3.4.
3.2.6 Krok 6: Nośność rozciąganych elementów usztywniających
Nośność przekroju poprzecznego elementów usztywniających należy weryfikować
zgodnie z ż 6.2.3 normy EN 1993-1-1 dla rozciągającej siły osiowej, którą
uzyskuje się z maksymalnej siły ścinającej VEd, jak opisano w kroku 3.
3.2.7 Krok 7: Nośność połączeń krzyżulec-pas
Nośność połączeń między elementami usztywniającymi a pasami należy
weryfikować zgodnie z normą EN 1993-1-8[2]. Weryfikacja zależy od szczegółów
połączenia: połączenie śrubowe lub połączenie spawane. Tę weryfikację powinno
się wykonywać przy wykorzystaniu sił wewnętrznych obliczonych w poprzednich
krokach.
Przykład praktyczny w Załączniku A zawiera szczegółową weryfikację połączenia
spawanego.
6 - 13
Część 6: Projekt wykonawczy słupów złożonych
3.2.8 Schemat blokowy
Wymiary globalne Start
elementu złożonego
Obciążenia Krok 1: Maksymalna osiowa siła ściskająca
Kombinacja obciążeń ULS w pasach
Własności przekroju Efektywny geometryczny moment bezwładności
EN 1993-1-1 6.4.2.1(4)
pasów powierzchni względem osi Ieff
Własności przekroju Sztywność ścinania Sv EN 1993-1-1 Rysunek 6.9
elementów usztywniających
Początkowa imperfekcja łukowa e0 EN 1993-1-1 ż6.4.1(1)
Maksymalna siła ściskająca w pasie Nch EN 1993-1-1 ż6.4.1(6)
Krok 2: Nośność pasów na wyboczenie EN 1993-1-1 ż6.4.2.1(2)
w płaszczyznie oraz ż6.3.1
Krok 3: Nośność pasów na wyboczenie EN 1993-1-1 ż6.3.1
z płaszczyzny
Krok 4: Maksymalna siła ścinająca VEd EN 1993-1-1 ż6.4.1(7)
Krok 5: Nośność na wyboczenie elementów EN 1993-1-1 ż6.3.1
usztywniających poddawanych ściskaniu
Krok 6: Nośność rozciąganych elementów EN 1993-1-1 ż6.2.3
usztywniających
Krok 7: Projekt połączeń elementów ściskanych EN 1993-1-8
z pasem
Stop
Rysunek 3.2 Schemat blokowy metodologii obliczeniowej dla słupów
złożonych z kratowaniem
6 - 14
Część 6: Projekt wykonawczy słupów złożonych
3.3 Metodologia obliczeniowa dla słupów złożonych
z przewiązkami
3.3.1 Krok 1: Maksymalna osiowa siła ściskająca w pasach
Efektywny geometryczny moment bezwładności powierzchni względem osi
Efektywny geometryczny moment bezwładności powierzchni względem osi
oblicza się za pomocą następującej zależności (EN 1993-1-1, ż 6.4.3.1(3)):
2
Ieff = 0,5 h0 Ach + 2ź Ich
gdzie:
h0 jest odległością między środkami masy pasów
Ach jest polem przekroju poprzecznego jednego pasa
Ich jest płaskim geometrycznym momentem bezwładności powierzchni
względem osi jednego pasa
ź jest wskaznikiem efektywności według tabeli 3.2.
Tabela 3.2 Wskaznik efektywności (EN 1993-1-1, Tabela 6.8)
Kryterium
Wskaznik efektywności ź
0
e" 150
75 < < 150 2 /75
1,0
d" 75
L I1
2
gdzie: = i0 = It = 0,5h0 Ach + 2Ich
2Ach
i0
Sztywność ścinania
W celu weryfikacji stateczności słupa złożonego z przewiązkami należy uwzględnić
odkształcenia sprężyste przewiązek i pasów, aby uzyskać sztywność ścinania Sv
wyrażaną następującą zależnością (EN 1993-1-1, ż 6.4.3.1(2)):
24EIch 2ĄEIch
Sv = d"
Ą# ń# a
2Ich h0
aó#1+
Ą#
nIb a
Ł# Ś#
2ĄEIch
Ale sztywność Sv nie powinna być przyjmowana większa niż
a
gdzie:
a jest odległością między przewiązkami
n jest liczbą płaszczyzn przewiązek
Ib jest płaskim geometrycznym momentem bezwładności powierzchni
względem osi jednej przewiązki.
6 - 15
Część 6: Projekt wykonawczy słupów złożonych
VEd a/2
a/2
VEd a/4
VEd a/4
a/2
VEd a/2
h0
Wykres momentu zginającego
VEd/2 VEd/2
a/2
VEd a/h0
VEd a/h0
a/2
VEd/2 VEd/2
h0
Siły ścinające
Rysunek 3.3 Momenty zginające i siły ścinające w panelu słupa złożonego
z przewiązkami
Początkowa imperfekcja łukowa
Początkowa imperfekcja łukowa e0 wynosi:
e0 =L/500
gdzie:
L jest długością elementu konstrukcyjnego złożonego
Maksymalna osiowa siła ściskająca w pasach
Maksymalne ściskanie osiowe Nch,Ed w pasach oblicza się z zależności podanej
w punkcie 3.2.1.
6 - 16
Część 6: Projekt wykonawczy słupów złożonych
3.3.2 Krok 2: Nośność pasa na wyboczenie w płaszczyznie
Klasyfikacja przekroju poprzecznego pasa
Przekrój poprzeczny pasa jest klasyfikowany zgodnie z tabelą 5.2 normy
EN 1993-1-1.
Nośność pasa na wyboczenie względem osi z-z
Nośność pasa należy zweryfikować dla zginania i ściskania osiowego oraz
wyboczenia w płaszczyznie elementu konstrukcyjnego złożonego, tj. względem
osi słabej przekroju poprzecznego pasa (osi z-z), zgodnie z ż 6.3.3 normy
EN 1993-1-1. W zależności od geometrii elementu konstrukcyjnego złożonego
z przewiązkami powinno się wykonać weryfikacje dla różnych segmentów pasa:
" dla końcowego panelu, na który działa maksymalna siła ścinająca, a zatem
maksymalny miejscowy moment zginający,
" dla panelu znajdującego się w połowie wysokości, gdzie osiowa siła
ściskająca może być maksymalna w pasie.
3.3.3 Krok 3: Nośność pasów na wyboczenie z płaszczyzny
Nośność pasów na wyboczenie z płaszczyzny weryfikuje się przy użyciu
następującego kryterium:
Nch,Ed
d" 1
Nb,y,Rd
gdzie:
Nb,y,Rd jest obliczeniową nośnością pasa na wyboczenie względem osi
mocnej przekroju poprzecznego, obliczoną zgodnie z ż 6.3.1 normy
EN 1993-1-1.
Długość wyboczeniowa zależy od warunków podparcia elementu konstrukcyjnego
złożonego dla wyboczenia z płaszczyzny. Podpory na końcach elementu
konstrukcyjnego zazwyczaj przyjmuje się jako przegubowe. Można jednak
zapewnić pośrednie utwierdzenia boczne.
3.3.4 Krok 4: Siła ścinająca
Siłę ścinającą VEd oblicza się z maksymalnego momentu zginającego jak
w przypadku elementu konstrukcyjnego złożonego z kratowaniem, zgodnie
z punktem 3.2.4 niniejszego przewodnika.
6 - 17
Część 6: Projekt wykonawczy słupów złożonych
3.3.5 Krok 5: Nośność przewiązek
Jak pokazano na rysunku 3.3, przewiązki powinny być tak zaprojektowane,
aby mogły wytrzymać siłę ścinającą:
a
VEd
h0
oraz moment zginający:
VEda
M =
Ed
2
Klasę przekroju poprzecznego należy określić zgodnie z tabelą 5.2 normy
EN 1993-1-1 dla czystego zginania. Nośność przekroju należy zweryfikować
za pomocą odpowiednich kryteriów podanych w ż 6.2 normy EN 1993-1-1.
3.3.6 Krok 5: Nośność połączeń przewiązka-pas
Nośność połączeń między przewiązkami a pasami należy zweryfikować zgodnie
z normą EN 1993-1-8. Ta weryfikacja zależy od szczegółów połączenia:
połączenie śrubowe lub połączenie spawane. Ta weryfikacja jest wykonywana
przy wykorzystaniu sił wewnętrznych obliczonych w poprzednich krokach.
3.3.7 Schemat blokowy
Wymiary globalne Start
elementu złożonego
Obciążenia Krok 1: Maksymalna osiowa siła ściskająca
Kombinacja obciążeń ULS w pasach
Własności przekroju Efektywny geometryczny moment bezwładności
EN 1993-1-1 ż6.4.3.1(3)
pasów powierzchni względem osi Ieff
Własności przekroju Sztywność ścinania Sv EN 1993-1-1 ż6.4.3.1(2)
przewiązek
Początkowa imperfekcja łukowa e0 EN 1993-1-1 ż6.4.1(1)
Maksymalna siła ściskająca w pasie Nch EN 1993-1-1 ż6.4.1(6)
Krok 2: Nośność pasów na wyboczenie EN 1993-1-1 ż6.3.3
w płaszczyznie (oddziaływania M-N)
Krok 3: Nośność pasów na wyboczenie EN 1993-1-1 ż6.3.1
z płaszczyzny
Krok 4: Maksymalna siła ścinająca VEd EN 1993-1-1 ż6.4.1(7)
Krok 5: Nośność przekroju przewiązek EN 1993-1-1 ż6.2
Krok 6: Projekt połączeń przewiązek z pasem EN 1993-1-8
Stop
Rysunek 3.4 Schemat blokowy metodologii obliczeniowej dla słupów
złożonych z przewiązkami
6 - 18
Część 6: Projekt wykonawczy słupów złożonych
3.4 Długość wyboczeniowa
3.4.1 Ściskane elementy konstrukcyjne kratowane
Pasy
Zgodnie z Załącznikiem BB normy EN 1993-1-1 długość wyboczeniową Lcr
elementu konstrukcyjnego pasa słupa złożonego, wykonanego z walcowanego
dwuteownika lub dwuteownika szerokostopowego, przyjmuje się jako 0,9L dla
wyboczenia a płaszczyznie i 1,0L dla wyboczenia z płaszczyzny. Te wartości
mogą zostać obniżone, jeżeli jest to uzasadnione wynikami szczegółowej analizy.
L jest odległością w danej płaszczyznie między dwoma sąsiednimi punktami,
w których element konstrukcyjny jest stężony, aby zapobiec przemieszczeniu
w tej płaszczyznie, lub między jednym z tych punktów a końcem elementu
konstrukcyjnego.
Elementy usztywniające
Elementy usztywniające wykonuje się najczęściej z kątowników.
Pod warunkiem, że pasy zapewniają odpowiednie utwierdzenie końców ściskanych
elementów usztywniających wykonanych z kątowników, a połączenia końców
elementów zapewniają odpowiednie unieruchomienie (co najmniej 2 śruby
w przypadku połączenia śrubowego), długość wyboczeniowa Lcr dla wyboczenia
w płaszczyznie jest przyjmowana jako 0,9L, gdzie L jest długością układu
między połączeniami.
Jeśli końce elementów usztywniających wykonanych z kątowników łączone są
tylko jedną śrubą, wówczas należy uwzględnić mimośrodowość i przyjąć
długość wyboczeniową Lcr równą długości układu L.
Smukłość efektywną elementów usztywniających wykonanych z kątowników
eff
określono w ż BB.1.2 normy EN 1993-1-1 w następujący sposób:
= 0,35+ 0,7
eff
gdzie:
jest smukłością względną zdefiniowaną w ż 6.3 normy EN 1993-1-1.
W przypadku innych kształtowników niż kątowniki elementy usztywniające
mogą być obliczane pod kątem wyboczenia w płaszczyznie za pomocą długości
wyboczeniowej mniejszej niż długość układu i przy wykorzystaniu smukłości
względnej zgodnie z ż 6.3 normy EN 1993-1-1, pod warunkiem, że pasy
zapewniają odpowiednie utwierdzenie końców, a połączenia końców elementów
zapewniają odpowiednie unieruchomienie (co najmniej 2 śruby w przypadku
połączenia śrubowego). W praktyce długość wyboczeniowa Lcr kształtownika
walcowanego jest równa odległości między połączeniami w przypadku wyboczenia
w płaszczyznie i z płaszczyzny.
3.4.2 Ściskane elementy konstrukcyjne z przewiązkami
Dla uproszczenia pomija się każde potencjalne utwierdzenie na końcach słupa
i długość wyboczeniową pasów można przyjąć jako równą długości układu.
6 - 19
Część 6: Projekt wykonawczy słupów złożonych
LITERATURA
1 EN 1993-1-1:2005 Eurokod 3 Projektowanie konstrukcji stalowych. Reguły ogólne
i reguły dla budynków
2 EN 1993-1-8:2005 Eurokod 3 Projektowanie konstrukcji stalowych. Projektowanie węzłów
6 - 20
Część 6: Projekt wykonawczy słupów złożonych
6 - 21
Część 6: Projekt wykonawczy słupów złożonych
ZAACZNIK A
PRZYKAAD PRAKTYCZNY:
PROJEKT SAUPA
ZAOŻONEGO
KRATOWANEGO
6 - 22
ZAACZNIK A. Przykład praktyczny:
1 z 12
Projekt słupa złożonego kratowanego
Data
Wykonał DC 02/2009
Arkusz
obliczeniowy Data
Sprawdził AB 03/2009
1. Wprowadzenie
Ten przykład praktyczny ilustruje weryfikacji typowego słupa złożonego
poddawanego działaniu osiowej siły ściskającej i momentu zginającego.
Obliczenia wykonano zgodnie z normą EN 1993-1-1. Nie uwzględniono
żadnych Załączników krajowych, a w obliczeniach wykorzystano zalecane
wartości podane w normie EN 1993-1-1.
Obliczenia wykonano zgodnie z metodologią obliczeniową podaną
w punkcie 3.2 niniejszego przewodnika.
2. Opis
Geometrię słupa złożonego przedstawiono na rysunku A.1 i na rysunku A.2.
W przypadku najbardziej niekorzystnej kombinacji ULS oddziaływań, siła
osiowa i moment zginający względem osi mocnej kształtownika złożonego
są przyłożone na szczycie słupa.
1 Utwierdzenia boczne
Rysunek A.1 Model obliczeniowy
Aby zapobiec wyboczeniu z płaszczyzny, słup złożony jest utwierdzony na
obu końcach i w połowie wysokości.
6 - 23
ZAACZNIK A. Przykład praktyczny:
Tytuł
2 z 12
Projekt słupa złożonego kratowanego
z
y y
z
1 Pasy HEA 200
2 Słupki Kątowniki 90 9
3 Krzyżulce Kątowniki 80 8
Rysunek A.2 Geometria słupa złożonego
Właściwości kształtowników
Należy zauważyć, że oś y-y i oś z-z oznaczają odpowiednio oś mocną
i oś słabą przekroju poprzecznego każdego komponentu.
Pasy: HEA 220 S355
ęch = 64,3 cm2
iy = 9,17 cm iz = 5,51 cm
Krzyżulce: Kątowniki równoramienne L 90 90 9 S355
Ad = 15,52 cm2
iy = iz = 2,73 cm iu = 3,44 cm iv = 1,75 cm
Słupki: Kątowniki równoramienne L 80 80 8 S355
Av = 12,27 cm2
iy = iz = 2,43 cm iu = 3,06 cm iv = 1,56 cm
6 - 24
ZAACZNIK A. Przykład praktyczny:
Tytuł
3 z 12
Projekt słupa złożonego kratowanego
3. Krok 1: Maksymalna osiowa siła ściskająca
w pasach
3.1. Efektywny geometryczny moment bezwładności
powierzchni względem osi
Efektywny geometryczny moment bezwładności powierzchni względem osi
mocnej kształtownika złożonego oblicza się za pomocą następującej zależności:
EN 1993-1-1
Ieff = 0,5 h02 Ach
ż 6.4.2.1
gdzie:
Ach jest polem powierzchni przekroju pasa
h0 jest odległością między środkami masy pasów
Wartość efektywnego geometrycznego momentu bezwładności powierzchni
względem osi wynosi:
Ieff = 0,5 802 64,3 = 205800 cm4
3.2. Sztywność ścinania
W przypadku układu kratowania typu N sztywność ścinania wyraża się
zależnością:
EN 1993-1-1
2
nEAdah0
Rysunek 6.9
Sv =
3
Ą# ń#
Adh0
3
d
ó#1+ Avd Ą#
3
Ł# Ś#
gdzie:
2
d = h0 + a2 = 0,82 +1,252 = 1,48 m
n jest liczbą płaszczyzn kratowania (n = 2)
Ad jest polem powierzchni przekroju krzyżulców
Av jest polem powierzchni przekroju słupków
Zatem:
2 21000015521250 8002
Sv = 10-3
Ą# ń#
1552 8003
14803 ó#1+
1227 14803 Ą#
Ł# Ś#
Sv = 134100 kN
6 - 25
ZAACZNIK A. Przykład praktyczny:
Tytuł
4 z 12
Projekt słupa złożonego kratowanego
3.3. Początkowa imperfekcja łukowa
Początkowa imperfekcja łukowa jest równa:
e0 = L/500 = 10000/500 = 20 mm
EN 1993-1-1
ż 6.4.1(1)
3.4. Maksymalna osiowa siła ściskająca w pasach
Maksymalna osiowa siła ściskająca w pasach, Nch,Ed, jest wyznaczana
w połowie wysokości słupa złożonego w następujący sposób:
NEd M h0 Ach
Ed EN 1993-1-1
Nch,Ed = +
ż 6.4.1(6)
2 2Ieff
gdzie:
I
NEde0 + MEd
MEd =
NEd NEd
1- -
Ncr Sv
Ncr jest efektywną osiową siłą krytyczną elementu konstrukcyjnego
złożonego:
Ą EIeff Ą 210000 205800 104
Ncr = = 10-3 = 42650 kN
L 100002
Maksymalny moment zginający, uwzględniający imperfekcję łukową
i efekty drugiego rzędu, wynosi:
900 0,02 + 450
MEd = = 481,4 kNm
900 900
1 - -
42650 134100
Siła osiowa w pasie poddawanym największemu ściskaniu wynosi:
900 481,4 0,8 64,34 10-4
Nch,Ed = + = 1052 kN
2 2 205800 10-8
4. Krok 2: Nośność pasa na wyboczenie
w płaszczyznie
4.1. Klasyfikacja przekroju poprzecznego pasa
= 0,81 dla stali gatunku S355
Smukłość półki: c/tf = 88,5 / 11 = 8,05 < 10 = 8,10 klasa 2
Smukłość środnika: c/tw = 152 / 7 = 21,7 < 33 = 26,73 klasa 1
Zatem przekrój poprzeczny należy do klasy 2 pod względem czystego
ściskania.
6 - 26
ZAACZNIK A. Przykład praktyczny:
Tytuł
5 z 12
Projekt słupa złożonego kratowanego
4.2. Nośność pasa na wyboczenie
Nośność na wyboczenie pasa poddawanego największemu ściskaniu
jest weryfikowana zgodnie z ż 6.3.1 normy EN 1993-1-1 dla wyboczenia
względem osi słabej przekroju poprzecznego, tj. względem osi z-z.
Długość wyboczeniową elementu konstrukcyjnego wykonanego z dwuteownika
szerokostopowego walcowanego na gorąco można przyjąć jako 0,9 a dla
wyboczenia w płaszczyznie, gdzie a jest długością układu między dwoma
węzłami słupa złożonego.
Długość wyboczeniowa pasów:
EN 1993-1-1
Lcr,z = 0,9 a = 0,9 1,25 = 1,125 m
BB.1.1(2)B
Smukłość wynosi:
Lcr,z
z =
iz
gdzie
iz jest promieniem bezwładności przekroju poprzecznego brutto
względem osi słabej.
1125
stąd: z = = 20,42
55,1
E
1 = Ą = 93,9 przy: = 0,81 dla stali gatunku S355
fy
1 = 93,9 0,81 = 76,06
Smukłość względna wynosi:
z 20,42
= = = 0,268
z
1 76,06
EN 1993-1-1
Krzywa wyboczenia c dla wyboczenia względem osi słabej, ponieważ:
Tabela 6.2
Gatunek stali S355
h/b < 1,2
tf < 100 mm
Współczynnik imperfekcji wynosi: ąz = 0,49
EN 1993-1-1
Współczynnik redukcyjnyz można obliczyć z następujących zależności:
ż 6.3.1.2(1)
2
Ćz = 0,5[1+ąz( - 0,2)+ ] = 0,5[1+ 0,49(0,268 - 0,2)+ 0,2682]= 0,553
z z
1 1
z = = = 0,965
2
0,553 + 0,5532 - 0,2682
Ćz + Ćz 2 +
z
6 - 27
ZAACZNIK A. Przykład praktyczny:
Tytuł
6 z 12
Projekt słupa złożonego kratowanego
Obliczeniowa nośność na wyboczenie jest równa:
Ach fy 0,9656430355
z
Nb,z,Rd = = 10-3 = 2203 kN
ł 1,0
M1
Kryterium nośności jest następujące:
Nch,Ed
1052
= = 0,477 <1 OK
Nb,z,Rd 2203
5. Krok 3: Nośność pasów na wyboczenie
z płaszczyzny
Słup złożony jest połączony przegubowo na obydwu końcach i jest
bocznie podparty w połowie wysokości. Zatem długość wyboczeniowa
dla wyboczenia pasów względem osi mocnej jest równa:
Lcr,y = L/2 =10000/2 = 5000 mm
Smukłość wynosi:
Lcr,y
y =
iy
gdzie
iy jest promieniem bezwładności przekroju brutto względem osi mocnej.
Zatem:
Lcr,y 5000
y = = = 54,53
iy 91,7
1 = 93,9 = 76,06
Smukłość względna wynosi:
y 54,53
= = = 0,717
y
1 76,06
Krzywa wyboczenia b dla wyboczenia względem osi mocnej, ponieważ:
Gatunek stali S355
h/b < 1,2
tf < 100 mm
Współczynnik imperfekcji wynosi: ąy = 0,34
EN 1993-1-1
Współczynnik redukcyjny y można obliczyć z następujących zależności:
ż 6.3.1.2(1)
2
Ćy = 0,5[1+ąy( - 0,2)+ ] = 0,5[1+ 0,34(0,717 - 0,2)+ 0,7172]= 0,845
y y
1 1
= = = 0,774
y
2
0,845 + 0,8452 - 0,7172
Ćy + Ćy 2 +
y
6 - 28
ZAACZNIK A. Przykład praktyczny:
Tytuł
7 z 12
Projekt słupa złożonego kratowanego
Obliczeniowa nośność na wyboczenie jest równa:
Ach fy 0,7746430355
y
Nb,y,Rd = = 10-3 =1767 kN
ł 1,0
M1
Kryterium nośności jest następujące:
Nch,Ed
1052
= = 0,595 <1 OK
Nb,y,Rd 1767
6. Krok 4: Maksymalna siła ścinająca
Maksymalna osiowa siła ściskająca występuje w krzyżulcach końcowych
paneli słupa złożonego. Zależy ona od siły ścinającej w tym panelu. Siłę
ścinającą można obliczyć za pomocą następującej zależności:
# ś#
1 eoNEd ź# II
ś#
VEd = 4 - (4 -Ą )
I
ś# ź#M Ed
L eoNEd + M
# Ed #
gdzie:
L = 10 m
e0 = 0,02 m
NEd = 900 kN
I
M = 450 kNm
Ed
II
M = 482 kNm
Ed
Zatem:
1 # 0,02 900 ś#
VEd = - (4 - Ą ) ź#
482 = 191,2 kN
ś# 4
10 0,02 900 + 450
# #
7. Krok 5: Nośność na wyboczenie
ściskanych elementów usztywniających
7.1. Krzyżulce
7.1.1. Maksymalna osiowa siła ściskająca
Wzór na osiową siłę ściskającą Nd,Ed w krzyżulcu uzyskuje się z zależności
definiującej siłę ścinającą:
VEdcos VEdd
Nd,Ed = =
n nh0
gdzie:
h0 = 800 mm
d = 1480 mm
n jest liczbą płaszczyzn kratowania: n = 2
6 - 29
ZAACZNIK A. Przykład praktyczny:
Tytuł
8 z 12
Projekt słupa złożonego kratowanego
wówczas:
191,21480
Nd,Ed = =176,86 kN
2800
7.1.2. Klasyfikacja ściskanego krzyżulca
h/t = 90 / 9 = 10 < 15 = 12,15
EN 1993-1-1
(b+h) / (2t) = (90+90) / (2 9) = 10 > 11,5 = 9,31 klasa 4
Tabela 5.2
Arkusz 3
Choć przekrój poprzeczny należy do klasy 4, zgodnie z normą EN 1993-1-1,
Tabela 5.2, Arkusz 3, obliczenie efektywnego pola powierzchni przekroju nie
prowadzi do redukcji. Zatem pole powierzchni przekroju jest w pełni
efektywne i obliczenie jest takie samo jak dla przekroju klasy 3.
7.1.3. Nośność krzyżulca na wyboczenie
Smukłość względną można obliczyć zgodnie z ż BB.1.2 normy EN 1993-1-1,
o ile krzyżulce są przyspawane na obu końcach a pasy są wystarczająco
sztywne, aby zapewnić utwierdzenie końców.
Smukłość względem najsłabszej osi:
d 1480
v = = = 84,57
iv 17,5
Smukłość względna
84,57
= = = 1,112
v
93,9 93,9 0,81
EN 1993-1-1
Efektywna smukłość względna
ż BB.1.2
= 0,35 + 0,7 = 0,35 + 0,7 1,112 = 1,128
eff,v v
Krzywa wyboczenia b jest wykorzystywana do wyznaczenia współczynnika
redukcyjnego:
ąv = 0,34
EN 1993-1-1
Zatem:
ż 6.3.1
2
Ćv = 0,5[ ą( - 0,2)+ ] = 0,5[1+ 0,34 (1,128 - 0,2)+1,1282]= 1,294
1+
eff,v eff,v
1 1
v = = = 0,519
2
1,294 + 1,2942 -1,1282
Ćv + Ćv 2 +
eff,v
Obliczeniowa nośność na wyboczenie elementu konstrukcyjnego
poddawanemu ściskaniu jest równa:
v Ad fy 0,5191552355
Nb-d,Rd = = 10-3 = 285,9 kN
ł 1,0
M1
Kryterium nośności jest następujące:
Nd,Ed
176,8
d"1 ! = 0,62 <1 OK
Nb-d,Rd 285,9
6 - 30
ZAACZNIK A. Przykład praktyczny:
Tytuł
9 z 12
Projekt słupa złożonego kratowanego
7.2. Słupki
7.2.1. Maksymalna osiowa siła ściskająca
Maksymalna osiowa siła ściskająca wynosi:
Nh,Ed = VEd = 191,2 kN
7.2.2. Klasyfikacja przekroju poprzecznego
h/t = 80 / 8 = 10 < 15 = 12,15
EN 1993-1-1
(b+h) / (2t) = (80+80) / (2 8) = 10 > 11,5 = 9,31 klasa 4
Tabela 5.2
Arkusz 3
Choć przekrój poprzeczny należy do klasy 4, zgodnie z normą EN 1993-1-1,
Tabela 5.2, Arkusz 3, obliczenie efektywnego pola powierzchni przekroju
nie prowadzi do redukcji. Zatem pole powierzchni przekroju jest w pełni
efektywne i obliczenie jest takie samo jak dla przekroju klasy 3.
7.2.3. Nośność na wyboczenie
Długość wyboczeniowa jest równa:
Lcr = h0 = 800 mm
Smukłość względem najsłabszej osi:
Lh,y 800
v = = = 51,28
iv 15,6
Smukłość względna:
v 51,28
= = = 0,674
v
93,9 93,9 0,81
Efektywna smukłość względna: EN 1993-1-1
ż BB.1.2
= 0,35 + 0,7 = 0,35 + 0,7 0,674 = 0,822
eff,v v
Krzywa wyboczenia b jest wykorzystywana do wyznaczenia współczynnika
redukcyjnego:
ą = 0,34
Zatem:
2
Ćv = 0,5[ + ą( - 0,2)+ ] = 0,5 [1 + 0,34 (0,822 - 0,2)+ 0,822]= 0,943
1
eff,v eff,v
1 1
v = = = 0,712
2
0,943 + 0,9432 - 0,8222
Ćv + Ćv2 +
eff,v
Obliczeniowa nośność na wyboczenie elementu konstrukcyjnego
poddawanemu ściskaniu jest równa:
Ah fy 0,7121227 355
v
Nb,Rd = = 10-3 = 310 kN
ł 1,0
M1
6 - 31
ZAACZNIK A. Przykład praktyczny:
Tytuł
10 z 12
Projekt słupa złożonego kratowanego
Kryterium nośności jest następujące:
Nh,Ed
191,2
= = 0,62 < 1 OK
Nb,Rd 310
8. Krok 6: Nośność rozciąganych elementów
usztywniających
Należy zweryfikować nośność krzyżulców poddawanych rozciąganiu,
nawet jeśli na ogół ta sytuacja jest mniej krytyczna niż ściskanie.
Weryfikacja tych elementów konstrukcyjnych obejmuje weryfikację
nośności przekroju poprzecznego oraz weryfikację nośności przekroju
netto dla połączeń śrubowych.
Maksymalna wartość obliczeniowa osiowej siły rozciągającej:
Nt,Ed = 176,8 kN
Kryterium nośności jest następujące:
EN 1993-1-1
Nt,Ed
ż6.2.3
d" 1,0
Nt,Rd
Obliczeniową nośność przy rozciąganiu Nt,Rd przyjmuje się jako obliczeniową
nośność plastyczną przekroju poprzecznego brutto:
Ad fy 1552 355
Nt,Rd = Npl,Rd = = 10-3 = 551 kN
ł 1,0
M0
Kryterium nośności jest następujące:
NEd 176,8
= = 0,32 < 1,0 OK
Nt,Rd 551,0
6 - 32
ZAACZNIK A. Przykład praktyczny:
Tytuł
11 z 12
Projekt słupa złożonego kratowanego
9. Krok 7: Nośność połączenia spawanego
krzyżulec-pas
Krzyżulce (L90 90 9) są przyspawane do pasa (HEA 220) za pomocą
spoin pachwinowych, patrz rysunek A.3.
26
64
3
150
L90x90x9
NEd
HEA 220
Rysunek A.3 Połączenie spawane krzyżulca z pasem
Grubość spoiny: a = 3 mm
Efektywna długość wzdłużna spoiny pachwinowej: leff-L = 150 mm
Efektywna długość poprzeczna spoiny pachwinowej: leff-T = 90 mm
Siła osiowa w krzyżulcu: Nd,Ed = 176,8 kN
Nośność obliczeniową spoiny pachwinowej wyznacza się za pomocą metody
uproszczonej podanej w ż 4.5.3.3 normy EN 1993-1-8.
W każdym punkcie wzdłuż spoiny pachwinowej przenoszona przez spoinę
wypadkowa wszystkich sił na jednostkę długości powinna spełniać
następujące kryterium:
Fw,Ed d" Fw,Rd
gdzie:
Fw,Ed jest wartością obliczeniową siły na jednostkę długości
Fw,Rd jest obliczeniową nośnością spoiny na jednostkę długości
Nośność obliczeniowa jest niezależna od orientacji płaszczyzny grubości
spoiny i wyznacza się ją z następującej zależności:
Fw,Rd = fvw,d a
6 - 33
ZAACZNIK A. Przykład praktyczny:
Tytuł
12 z 12
Projekt słupa złożonego kratowanego
gdzie: EN 1993-1-8
fvw,d jest obliczeniową wytrzymałością spoiny na ścinanie ż 4.5.3.3
fu / 3
fvw,d =
wł
M2
fu jest wytrzymałością słabszej części na rozciąganie: EN 1993-1-1
fu = 510 N/mm2 Tabela 3.1
w jest odpowiednim współczynnikiem korelacji:
EN 1993-1-8
w = 0,9 dla stali gatunku S355
Tabela 4.1
łM2 = 1,25
zatem:
fu / 3 510 / 3
fvw,d = = = 261,7 N/mm2
wł 0,91,25
M2
Fw,Rd = fvw,da = 261,75 = 785,2 N/mm
Nd,Ed
176800
Fw,Ed = = = 453,3 N/mm
(2150 + 90)
"leff
Zatem:
Fw,Ed = 453,3 N/mm2 < Fw,Rd = 785,2 N/mm2 OK
Minimalna grubość spoiny amin = 3 mm jest dopuszczalna.
Aby zapobiec korozji, krzyżulec można przyspawać dookoła jednym
przejściem (a = 3 mm).
Aby uwzględnić mimośrodowość, zaleca się spoinę pachwinową o grubości
5 mm (2 przejścia) po stronie niepołączonego ramienia, jak pokazano na
rysunku A.4.
a = 5 mm
a = 3 mm
Rysunek A.4 Grubość spoiny dla spoin pachwinowych
6 - 34
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
PROJEKT WYKONAWCZY PŁYTA1 ModelProjekt, wykonanie i ustawienie łożysk w moście podwieszonym przez Wisłę w PłockuProblemy projektowe i wykonawcze związane z gruntowo stalowymi obiektami mostowymi17 Odwodnienie wykopów budowlanych Zasady ogólne projektowanie i wykonawstwo03 BRYT NITARSKA I Błędy projektowe i wykonawcze jako przyczyny stanu awaryjnego budynku mieszkalnegProjekt wykonania zadania informatycznegoprojekt wykonawczy wewn instalacji elektrycznej i przylacza elektrycznego cz 1Tejchman A Błędy występujące w projektowaniu i wykonawstwie pali cz 1AWARIE(KS5) Błędy w projektowaniu, wykonawstwie i utrzymaniu wieży telekomunikacyjnej o wysokości 50Metody projektowania i zlozonoscZasady wykonania projektu budynku inwentarskiego na zajęciachwięcej podobnych podstron