Wytrzymałość konstrukcji przekrycia hali w trakcie montażu

Rozkład sił wewnętrznych w fazie podnoszenia kratownicy

Dla zobrazowania możliwości wystąpienia problemów z wytrzymałością elementu w trakcie montażu na rys. 3 przedstawiono siły przekrojowe oraz wytężenie prętów w przykładowej kratownicy w trakcie podnoszenia, przy założeniu różnych miejsc zaczepienia zawiesia. Dla porównania pokazano także siły przekrojowe w kratownicy dla schematu podparcia i obciążenia w fazie eksploatacji.

Analizowana kratownica w fazie eksploatacji (rys. 3a-b) została obciążona wyłącznie siłami skupionymi w węzłach pasa górnego. Efektem są powstałe w prętach siły normalne (rys. 3a): rozciągające (oznaczone kolorem niebieskim) i ściskające (oznaczone kolorem czerwonym). Na rys. 3b pokazano przekroje i wytężenie prętów kratownicy w fazie eksploatacji. Wyboczenie z płaszczyzny determinuje rozkład stężeń połaciowych i międzywiązarowych. Założono więc, że pas górny kratownicy, zarówno w płaszczyźnie wiązara, jak i z jego płaszczyzny, będzie ulegał wyboczeniu między poszczególnymi węzłami.

Długość wyboczeniową pasa górnego oszacowano jako L_cr = L/12 i przewidziano profil HEA180 ze stali klasy S235, wytężony w 93%. Rozciągany pas dolny zaprojektowano z profilu HEA160 ze stali klasy S235, wytężonego w 83%. Pręty skratowania (słupki i krzyżulce) zaprojektowano z profilu RK120x5 ze stali klasy S235. Rozważono dwa warianty podnoszenia kratownicy z zaczepieniem zawiesia w dwóch (wariant 1) lub czterech (wariant 2) węzłach pasa górnego rozmieszczonych symetrycznie względem środka.

Analizowany wiązar w fazie podnoszenia, poza ciężarem własnym, został obciążony w węzłach pasa górnego siłami skupionymi od sił bezwładności. Efektem są powstałe w prętach siły normalne: rozciągające (oznaczone kolorem niebieskim) i ściskające (oznaczone kolorem czerwonym). W pasie górnym w fazie podnoszenia (rys. 3c, 3e) powstają niewielkie siły rozciągające i wytężenie przyjętego profilu jest rzędu 1%. W pasie dolnym pojawiają się siły ściskające. Mają one niewielką wartość, ale długość wyboczeniowa pasa dolnego z płaszczyzny kratownicy (w trakcie podnoszenia) jest równa pełnej rozpiętości wiązara: L_cr = L. Stąd w wariancie 1 pomimo niewielkiej co do wartości siły ściskającej w prętach pasa dolnego (21 kN) nośność została przekroczona ponadpółtorakrotnie (rys. 3d). W wariancie 2, ze względu na blisko trzykrotne zmniejszenie wartości siły ściskającej w stosunku do wariantu 1 (do zaledwie 7,5 kN), przy długości wyboczeniowej L_cr = L, nośność prętów pasa dolnego kratownicy została zachowana (rys. 3f).

Podsumowanie

Siły normalne w fazie eksploatacji mogą być nawet kilkudziesięciokrotnie większe niż w fazie podnoszenia, zatem mogłoby się wydawać, że w trakcie montażu nie ma zagrożenia dla nośności konstrukcji. Trzeba jednak zwrócić uwagę na to, że przy podnoszeniu poza wartością zmianie ulega także znak sił normalnych. Pojawienie się sił rozciągających w prętach ściskanych zaprojektowanych na nośność wyboczeniową zwykle nie stanowi zagrożenia dla konstrukcji. Dużo poważniejsze jest pojawienie się sił ściskających, a co za tym idzie – możliwość utraty stateczności prętów zaprojektowanych na siły rozciągające.

Przy prowadzeniu prac montażowych należy być ostrożnym i rozważnym. Zaleca się oszacowanie nośności prętów na każdym z etapów montażu, bo – jak pokazuje przykład – nieodpowiednio dobrany wariant zaczepienia zawiesi podczas podnoszenia (wariant 1) może spowodować wyczerpanie nośności w prętach montowanego elementu.

Piśmiennictwo

1. Czapliński K., Mrozowicz J.: Realizacja obiektów budowlanych. Podstawy teoretyczne. Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1983.
2. Montaż konstrukcji stalowych. Poradnik. Pr. zb. pod red. T. Malinowskiego i J. Witkowskiego, Arkady, Warszawa 1963.
3. Ziółko J., Orlik G.: Montaż konstrukcji stalowych. Arkady, Warszawa 1980.
4. PN-EN 1991-1-6:2007 Eurokod 1. Oddziaływania na konstrukcje. Część 1-6: Oddziaływania ogólne – Oddziaływania w czasie wykonywania konstrukcji. PKN, Warszawa 2007.
5. PN-EN 1991-3:2009 Eurokod 1. Oddziaływania na konstrukcje. Część 3: Oddziaływania wywołane dźwignicami i maszynami. PKN, Warszawa 2009.

Galeria