Ramy Vierendeela jako ustrój nośny podestów w halach przemysłowych

W artykule przybliżono tematykę ram Vierendeela jako ustrojów nośnych podestów w halach przemysłowych. Zawarto w nim zalety stosowania tego rozwiązania w praktyce, szczególnie w przypadku podestów o dużych rozpiętościach.

W moich poprzednich artykułach omawiających podesty często pojawiały się terminy „kratownica Vierendeela” lub „ramy Vierendeela”. W tym artykule postaram się przybliżyć te konstrukcje i zachęcić do stosowania ich w praktyce − przede wszystkim w podestach o dużych rozpiętościach.

Każdy przyszły inżynier budownictwa podczas studiów na wykładach z mechaniki otrzymał ogromną porcję wiedzy na temat kratownic. Niestety o ustrojach Vierendeela w podstawowym kursie mechaniki nie wspomina się zbyt często. Kurs ten ogranicza się do podania metody obliczenia małych elementów (belek ażurowych i przewiązek w słupach dwugałęziowych) wg analogii do ramy Vierendeela. O prawdziwych konstrukcjach Vierendeela nie wspomina się już wcale.

Najczęściej kratownice kojarzymy z trójkątami (pojedynczym lub całym ich zestawem). Trójkąty to największa zaleta kratownic (zapewniają geometryczną niezmienność), ale zarazem ich największa wada. Jeśli bowiem będziemy chcieli zastosować kratownicę jako układ poprzeczny podestu dużej rozpiętości to platformę musimy zbudować na poziomie pasa górnego. Pas dolny mocno wówczas zawęży „światło” pod podestem. Przy kratownicach o wysokości powyżej 2,5 m teoretycznie moglibyśmy platformę zbudować na poziomie pasa dolnego. Niestety krzyżulce uniemożliwią swobodne przemieszczenie się po podeście (rys. 1). Skoro krzyżulce przeszkadzają, to należy z nich zrezygnować. Tak właśnie dochodzimy do kratownicy bez krzyżulców, czyli tzw. kratownicy Vierendeela (rys. 2).

Osobiście uważam, że ten ustrój statyczny powinno nazywać się ramą Vierendeela, a nie kratownicą, gdyż panujące w nim siły wewnętrzne odpowiadają bardziej ramie − mamy tutaj oprócz sił osiowych także siły poprzeczne i momenty zginające.

Pochodzenie terminu

Wspomniany już kilka razy termin Vierendeel pochodzi od nazwiska Arthura Vierendeela, wybitnego inżyniera belgijskiego. W 1895 roku wpadł na pomysł budowy mostu, w którym głównym elementem nośnym zamiast typowej kratownicy z krzyżulcami była kratownica bez krzyżulców (rys. 3).

Podał także metodę obliczania tych kratownic. Na własny koszt zbudował most, który potwierdził jego teorię obliczeniową.

Brak krzyżulców był wynikiem jego estetycznego podejścia do konstrukcji stalowych. Krzyżulce po prostu „szpeciły” widok mostu… Wówczas nie przypuszczał jeszcze, że jego ustroje można wykorzystać inaczej. Nie tylko jako elementy nośne podłużne (jak w mostach), ale także jako elementy poprzeczne. Brak krzyżulców powoduje, że można prawie swobodnie przemieszczać się wewnątrz tej struktury. Pierwsze obiekty wykorzystujące tę zaletę pojawiały się na początku XX w. Rys. 4 przedstawia halę przemysłową, gdzie wewnątrz kratownic poprowadzono pomost komunikacyjny.

Na tym kończę wstęp historyczny. W dalszej części artykułu zajmę się statyką ram Vierendeela, porównam ramy Vierendeela z klasycznymi ramami dwuprzegubowymi (składającymi się ze słupa i rygla sztywno połączonych ze sobą w narożach) oraz przedstawię koncepcję hali z dźwigarem dachowym w postaci ramy Vierendeela.

Galeria

Zobacz więcej