Ramy Vierendeela jako ustrój nośny podestów w halach przemysłowych
Statyka ram Vierendeela
Na rys. 5 przedstawiono wykres momentów zginających. Największe momenty zginające występują w słupkach, a dokładnie w miejscu ich styku z pasami (według rys. 5 Msłupka (167,8) = M1 rygla (116,2) + M2 rygla (51,6). Słupki są więc najbardziej wytężonymi elementami w ramach Vierendeela. W klasycznych rozwiązaniach słupki wzmacnia się skosami, aby przejąć zwiększony moment zginający. Skosy zazwyczaj mają kształt trójkąta równoramiennego i przekrój teowy. Grubość środnika i pasa oraz szerokość pasa skosów powinna być identyczna jak słupka. Wysokość przyprostokątnych skosów powinna mieścić się w granicach:
c = (1,0 ÷ 2,0) x h
h − wysokość słupka
W ryglu w miejscu połączenia ze skosem należy bezwzględnie wprowadzić żeberka usztywniające. Newralgiczny punkt w ramie Vierendeela to właśnie styk słupka z ryglem. Zwiększona podatność tego styku wpływa destrukcyjnie na sztywność całej ramy.
Występowanie skosów
Nie zawsze można zastosować skosy, choć jest to optymalne rozwiązanie. Najczęściej belki platformy licuje się z górną krawędzią pasa dolnego (rys. 6a). Takie rozwiązanie pozwala osiągnąć minimalną wysokość konstrukcyjną (wymiar g1) – wtedy pozostaje większe „światło” pod podestem. Niestety wystające skosy utrudniają komunikacje na podeście i należy z nich wówczas zrezygnować. Brak skosu rekompensuje się tym, że na słupki stosuje się mocniejsze profile. Najczęściej, gdy pasy są z profili HEA to na słupki należy zastosować identyczny rozmiar profili HEB lub ten sam profil tylko z lepszego gatunku stali. Nie ma potrzeby zastąpienia wszystkich słupków mocniejszym profilem, najczęściej wystarczy zastąpić skrajne.
Jeżeli jest dużo miejsca na konstrukcje (wymiar g2), można zastosować rozwiązanie wg rys. 6b. Belki platformy ustawia się na pasie dolnym – jest to prostsze i tańsze rozwiązanie.
Zaleca się, aby główne belki platformy obciążały pasy dolne ram Vierendeela w osi słupków lub w ich pobliżu. Oczywiście dopuszcza się także możliwość obciążenia pasa między słupkami. Pod tym względem ramy Vierendeela są zdecydowanie lepszym rozwiązaniem od kratownic, gdzie siły możemy przykładać tylko w węzłach.
Podesty parterowe, jednoprzęsłowe, których słupy znajdują się w cieniu słupów hali
Podesty tego typu mają zdublowane układy poprzeczne przy słupach hali (rys. 7). Tylko w takim układzie podesty na ramach Vierendeela są konkurencyjne pod względem zużycia stali. Bliskość ram powoduje małe zużycie stali na stężenia w poziomie pasa górnego (ściskanego) − rys. 8. Natomiast w klasycznych podestach nie ma tego problemu, gdyż platforma (drugorzędne belki podłużne, poprzeczne i stężenia poziome) zabezpiecza rygle ram przed globalną utratą stateczności. Aby obiektywnie porównać dwa sposoby kształtowania konstrukcji podestów dużych rozpiętości, wykonano obliczenia statyczne. Na kryterium porównawcze przyjęto maksymalne ugięcie. Muszą być identyczne dla ram Viderendeela i ram klasycznych − słupowo-ryglowych. Dodatkowo podano także wartości maksymalnych naprężeń. Obliczenia wykonano wg następujących założeń:
- obciążenie całkowite podestu q = 4,0 kN/m2 (ciężar belek drugorzędnych + pokrycie + podwieszone instalacje − 1,0 kN/m2, obciążenie użytkowe – 3,0 kN/m2);
- rozstawy pomiędzy układami poprzecznymi: b1 = 2 x 0,6 = 1,2; b2 = 9 – 2 x 0,6 = 7,8 m;
- obciążenie przypadające na 1 układ poprzeczny q’ ≈ q x [ b1 + b2 ]/2 = 4 x 4,5 = 18,0 kN/m;
- 3 rozpiętości [1] L2 = 15 m; [2] L3 = 18,0 m; [3] L4 = 21,0 m;
- poziom podestu h = 5,0 m, wysokość do dolnej krawędzi konstrukcji dachu H = 8,0 m.
W analizach statycznych wykorzystano program Autodesk Robot Structural Analysis Professional. Na rys. 9 i 10 przedstawiono ostateczne wykresy ugięć i naprężeń dla ram rozpiętości L = 15,0 m. Widać na nich, że ugięcia klasycznej ramy oraz ramy Vierendeela są identyczne. Dla każdej rozpiętości ram wykonano po kilkanaście iteracji, za każdym razem zmieniając profile, aby osiągnąć jednakowe ugięcia i zbliżone naprężenia.
Galeria
Co tydzień otrzymaj od nas porządną dawkę wiedzy o branży przemysłowej!
