Projektowanie układów kratowych hal z kształtowników zamkniętych

Jak już wspomniano w artykule „Kształtowniki zamknięte w projektowaniu układów kratowych hal”, projektantowi do oceny wzajemnych interakcji prętów i węzłów w zachowaniu się elementów służą reguły i wskazania podane w PN-EN 1993-1-8 [9], odnoszące się do kratownic i ram. Mimo że mają one charakter ogólny i niekiedy są arbitralne, są wystarczająco bezpieczne.

Fot. stock.adobe/Aleksei

Obliczanie nośności węzłów

Projektowanie i obliczanie nośności węzłów z kształtowników zamkniętych w ujęciu normy [9] dotyczy tylko pewnego zakresu zastosowań w kratownicach. Omówione w tej normie sposoby oceny bezpieczeństwa odnoszą się do rozwiązań nazywanych węzłami standardowymi. Układ ich prętów przedstawiono na rys. 2¹.

Geometrie prętów określono symbolami literowymi, podanymi na rysunku. Pręty są obciążone siłami podłużnymi, powodującymi rozciąganie lub ściskanie i pozostającymi w równowadze. Są one do technologicznego wykonania w wytwórni konstrukcji stalowych. Kilka przykładów przedstawiono na rys. 3. W zależności od wymiarów przekrojów poprzecznych, schodzących się w węźle prętów, są to najczęściej węzły podatne, gdyż ich ścianki, rozpatrywane jako odcinki płyt lub powłok, są obciążone składowymi prostopadłymi do osi pasa, powodując lokalne zginanie tych ścianek. Ta okoliczność powoduje obniżenie nośności węzłów, gdy rozpatrywać tylko pasy obciążone siłami podłużnymi. Siły z prętów skratowania nie przenoszą się przecież przez powietrze wewnątrz pasa na jego oś, lecz przez lokalne obciążenie fragmentu tego pasa w obszarze węzła.

Rys. 3

Przedstawione rozwiązania są pozbawione blach węzłowych i jakichkolwiek żeber usztywniających, co bardzo upraszcza wykonanie elementów, jednak wskutek podatności ścianek cylindrycznych lub płytowych wymaga sprawdzenia ich nośności, a nie tylko łączników między prętami. Schematy węzłów przedstawionych na rys. 2 dotyczą zarówno kratownic płaskich, jak też przestrzennych. Takie węzły zostały zbadane bardzo obszernymi eksperymentami. Pozwoliło to na opracowanie modeli obliczania. Podsumowania dokonał J. Wardenier [10]. Są one przedstawione w normie [9] na rys. 7.2-7.4 i omówione w punkcie 7.2.2 tej normy. Obszernie te modele zostały przedyskutowane w [6]. Sprowadzają się do:

• plastycznego zapadania się ścianki pasa pod prętem ściskanym i wybrzuszenia pod prętem rozciąganym lub na uplastycznieniu się przekroju pasa;
• zniszczenia bocznych ścianek pasa;
• plastycznego ścięcia bocznych ścianek pasa;
• perforacji (przebicia ze ścinaniem), polegającej na zapoczątkowaniu pęknięcia spoiny;
• zniszczenia pręta skratowania wskutek zredukowanej szerokości współpracującej, prowadzącej do pęknięcia spoiny;
• miejscowego wyboczenia ścianki skratowania lub pasa.

dr hab. inż. Mirosław Broniewicz, prof. PB Politechnika Białostocka

Piśmiennictwo

1. J. Bródka, M. Broniewicz, Konstrukcje stalowe z rur, Arkady, Warszawa 2001.
2. J. Bródka, M. Broniewicz, Kształtowniki o przekrojach zamkniętych. Poradnik dla projektantów i konstruktorów, część 1 i 2, KoenigStahl.
3. J. Bródka, M. Broniewicz, Obliczanie połączeń spawanych węzłów kratownic z rur prostokątnych, „Konstrukcje Stalowe” nr 4/2002.
4. J. Bródka, M. Broniewicz, Ocena nośności połączeń spawanych z rur według EN 1993-1-8:2005, „Konstrukcje Stalowe” nr 1/2007.
5. J. Bródka, A. Kozłowski, I. Ligocki, J. Łaguna, L. Ślęczka, Projektowanie i obliczanie połączeń i węzłów konstrukcji stalowych, tom 1, Polskie Wydawnictwo Techniczne, Rzeszów 2009.
6. D. Dutta, Hohlprofil – Konstruktionen, Ernst und Sohn, A Wiley Company, Berlin 1999.
7. PN-EN 1090-2 Wykonanie konstrukcji stalowych i aluminiowych – Część 2: Wymagania techniczne wykonania konstrukcji stalowych.
8. PN-EN 1993-1-1 Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych – Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków.
9. PN-EN 1993-1-8 Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych – Część 1-8: Projektowanie węzłów.
10. J. Wardenier, Hollow Section Joints, Delft University Press, Delft 1982.
11. J. Bródka, M. Broniewicz, Konstrukcje stalowe z kształtowników zamkniętych, tom 1, Polskie Wydawnictwo Techniczne, Rzeszów 2016.

Zobacz też:

• Technologie łączenia konstrukcji za pomocą śrub w remontach i naprawach
• Produkty budowlane
• Stalowe kładki dla pieszych – typy konstrukcji, zdjęcia
• Konstrukcje stalowe hal wielkopowierzchniowych