Konstrukcje stalowe. Tom 3. Hale i wiaty. 2023

Trzecia część podręcznika "Konstrukcje stalowe. Przykłady obliczeń według PN-EN 1993-1" dotyczy obliczania elementów konstrukcyjnych występujących w obiektach typu halowego: halach i wiatach, a także połączeń i węzłów występujących w tych konstrukcjach.

Zakres tematyczny treści podręcznika obejmuje głównie zagadnienia omawiane podczas drugiego semestru podstawowego kursu konstrukcji stalowych studiów pierwszego stopnia. Dlatego jego zakres ograniczono do hal przemysłowych i magazynowych, choć niektóre przedstawione rozwiązania mogą być wykorzystane w projektowaniu małych hal sportowych i sal gimnastycznych, pawilonów handlowych, wystawowych itp. o płaskich układach poprzecznych. Omówiono także pewne zagadnienia, wykraczające poza program studiów pierwszego stopnia, co może być wykorzystane przez studentów kursów drugiego stopnia, dyplomantów oraz praktykujących inżynierów. W ten sposób, wszystkie trzy części podręcznika, stanowią podstawowe kompendium wiedzy inżyniera budowlanego w zakresie obliczania elementów i połączeń prostych obiektów budowlanych.

W tej części podręcznika opisano pokrótce zasady kształtowania i obliczania podstawowych elementów konstrukcyjnych hal i wiat stalowych: poszycia i obudowy, płatwi, wiązarów dachowych i rygli, słupów oraz tężników, ilustrując je krótkimi przykładami obliczeniowymi. Na zakończenie przedstawiono trzy przykłady projektowe obiektów halowych:

• projekt budowlany oraz elementy projektu wykonawczego hali stalowej słupowo-wiązarowej,
• projekt budowlany hali portalowej ze ściągiem,
• projekt budowlany wiaty stalowej.

Przedstawiono w większości przypadków rozwiązania tradycyjne, stosowane od lat w praktyce budownictwa stalowego. Niektóre z nich mogą nie być uznane za najnowocześniejsze, np. pręty wiązarów z kształtowników walcowanych o przekroju otwartym, ale za ich stosowaniem przemawiają względy kosztowe (dużo niższa cena w stosunku do rozwiązań z kształtowników o przekroju zamkniętym), oraz postawiony przez autorów cel dydaktyczny (obliczanie poddanych ściskaniu prętów o przekroju otwartym jest trudniejsze niż prętów o przekroju zamkniętym).

SPIS TREŚCI:

1. Wstęp (Aleksander Kozłowski) 7

• 1.1 Wprowadzenie 7
• 1.2 Dokumentacja rysunkowa projektu konstrukcji stalowej 7

2. Elementy hal i wiat (Lucjan Sieczka) 19

• 2.1 Wprowadzenie 19
• 2.2 Elementy konstrukcji hal i wiat 22
• 2.2.1 Obudowa ścienna i dachowa 22
• 2.2.2. Konstrukcja wsporcza obudowy 23
• 2.2.3. Główne układy poprzeczne 25
• 2.2.4. Konstrukcja nośna ściany szczytowej 26
• 2.2.5. Belki podsuwnicowe i belki wciągników 27
• 2.2.6. Stężenia hal 28

3. Oddziaływania na konstrukcje hal i wiat (Wiesław Kubiszyn) 29

• 3.1 Wprowadzenie 29
• 3.2 Obciążenia stałe 29
• 3.3 Obciążenie śniegiem 31
• 3.3.1 Uwagi ogólne 31
• 3.3.2. Obciążenie śniegiem gruntu 32
• 3.3.3. Obciążenie śniegiem dachów 32
• 3.4 Oddziaływania wiatru 38
• 3.4.1 Uwagi ogólne 38
• 3.4.2. Bazowa prędkość wiatru 39
• 3.4.3. Ciśnienie wiatru wywierane na powierzchnie - siły oddziaływania wiatru 40
• 3.4.4. Wartość szczytowa ciśnienia prędkości wiatru 41
• 3.4.5. Współczynniki ciśnienia zewnętrznego ścian pionowych budynków 42
• 3.4.6. Współczynniki ciśnienia dachów płaskich 44
• 3.4.7. Współczynniki ciśnienia dachów jednospadowych 45
• 3.4.8. Współczynnik ciśnienia dachów dwuspadowych 46
• 3.4.9. Współczynnik ciśnienia dachów wielospadowych 49
• 3.4.10. Współczynnik ciśnienia dachów łukowych 49
• 3.4.11. Współczynnik ciśnienia wewnętrznego 50
• 3.4.12. Współczynniki konstrukcyjny 51
• 3.4.13. Współczynniki ciśnienia wiat 51
• 3.4.14. Siły tarcia od wiatru 54
• 3.5 Ustalanie obciążeń połaci dachowych 62
• 3.6 Oddziaływanie dźwignic na belki toru 64
• 3.6.1 Uwagi ogólne 64
• 3.6.2. Parametry techniczne suwnicy 64
• 3.6.3. Układy obciążeń 64
• 3.6.4. Oddziaływania pionowe suwnic pomostowych 67
• 3.6.5. Oddziaływania poziome suwnic pomostowych 69
• 3.6.6. Obciążenia termiczne 74
• 3.6.7. Obciążenia chodników komunikacyjnych, schodów, pomostów i poręczy 74
• 3.6.8. Obciążenia próbne 74
• 3.6.9. Obciążenie wyjątkowe - siła uderzenia w zderzaki HB,1 74
• 3.6.10. Obciążenie śniegiem i oddziaływanie wiatru 74
• 3.6.11. Zasady określania obciążeń od suwnic podwieszanych 75
• 3.6.12. Obciążenia od wciągników jednoszynowych 75
• 3.6.13. Kombinacje obciążeń od pionowych nacisków kół suwnicy 76
• 3.6.14. Współczynniki do kombinacji oddziaływań na belkę podsuwnicową 77

4. Obudowa ścian i dachów budynków halowych (Radosław Szczerba) 88

• 4.1 Wprowadzenie 88
• 4.2 Czynniki wpływające na wybór danego rozwiązania obudowy ścian i dachu hali 88
• 4.3 Obudowa z blachy profilowanej 89
• 4.4 Obudowa z płyt warstwowych 91
• 4.5 Obudowa z kaset ściennych 92
• 4.6 Konstrukcja wsporcza obudowy ścian budynku halowego 93
• 4.6.1 Konstrukcja wsporcza ścian podłużnych 93
• 4.6.2. Konstrukcja wsporcza ścian szczytowych 96
• 4.7 Przykład obliczeniowy 98

5. Płatwie dachowe (Aleksander Kozłowski, Dariusz Leń) 108

• 5.1 Rodzaje płatwi dachowych 108
• 5.2 Współdziałanie płatwi z poszyciem dachowym 109
• 5.3 Płatwie pełnościenne z kształtowników dwuteowych walcowanych na gorąco 111
• 5.3.1 Schematy statyczne i obciążenia 111
• 5.3.2. Płatew z poszyciem współdziałającym 113
• 5.3.3. Płatew z poszyciem niewspółdziałającym 115
• 5.3.4. Sprawdzenie płatwi w sytuacji przejściowej (fazie montażu) 117
• 5.3.5. Styki montażowe płatwi 118
• 5.4 Płatwie pełnościenne z kształtowników walcowanych na gorąco o przekroju ceowym 119
• 5.5 Płatwie kratowe 121
• 5.6 Przykłady obliczeń 124

6. Belki podsuwnicowe (Zdzisław Pisarek) 160

• 6.1 Wprowadzenie 160
• 6.2 Kształtowanie belek podsuwnicowych 161
• 6.2.1 Założenia ogólne 161
• 6.2.2. Belki z kształtowników walcowanych 162
• 6.2.3. Belki z blachownie 163
• 6.2.4. Belki kratowe 164
• 6.2.5. Szczegóły konstrukcyjne 164
• 6.3 Oddziaływania i obliczenia statyczne belek podsuwnicowych 167
• 6.4 Nośność belek podsuwnicowych 169
• 6.4.1 Zakres obliczeń belek podsuwnicowych 169
• 6.4.2. Założenia obliczeniowe 170
• 6.4.3. Procedury sprawdzania stanów granicznych belek podsuwnicowych 172
• 6.5 Przykłady 184

7. Główne układy poprzeczne (Aleksander Kozłowski) 213

• 7.1 Układy konstrukcyjne stosowane w głównych układach poprzecznych 213
• 7.2 Dobór układu poprzecznego 213
• 7.3 Kształtowanie konstrukcji hali 214
• 7.3.1 Odległość dylatacji 214
• 7.3.2. Kształtowanie przekroju poprzecznego hali z wiązarem kratowym 215
• 7.3.3. Kształtowanie pełnościennych ram portalowych 216
• 7.4 Obliczenia wstępne układów poprzecznych 218
• 7.5 Obliczenia statyczne 220
• 7.6 Sprawdzenie stanów granicznych 223
• 7.6.1 Stateczność przy zwichrzeniu i przy wyboczeniu z płaszczyzny ramy 223
• 7.6.2. Sprawdzenie stanu granicznego użytkowalności 230
• 7.7 Przykład obliczeniowy 230

8. Kratowe dźwigary dachowe (Wiesław Kubiszyn) 245

• 8.1 Charakterystyka ogólna 245
• 8.2 Rodzaje dźwigarów kratowych 246
• 8.3 Kształtowanie dźwigarów kratowych 250
• 8.3.1 Wytyczne ogólne 250
• 8.3.2. Schematy statyczne kratownic 252
• 8.3.3. Przybliżone obliczanie sił wewnętrznych 254
• 8.3.4. Wstępny dobór przekroju poprzecznego prętów wiązarów 256
• 8.4 Długości wyboczeniowe i smukłości prętów wiązarów 257
• 8.5 Sprawdzenie stanu granicznego nośności i użytkowalności 263
• 8.5.1 Stan graniczny nośności 263
• 8.5.2. Stan graniczny użytkowalności 268
• 8.6 Konstruowanie prętów, węzłów i styków montażowych kratownic płaskich 270
• 8.6.1 Przekroje poprzeczne prętów kratownic 270
• 8.6.2. Węzły 272
• 8.6.3. Styki montażowe 277
• 8.7 Projektowanie niektórych węzłów spawanych 279
• 8.7.1 Węzły z kątownikami mocowanymi jednym ramieniem 279
• 8.7.2. Węzły z prętami połączonymi na "widelec" 281
• 8.8 Projektowanie niektórych styków montażowych śrubowych 283
• 8.9 Przykład 284

9. Słupy hal (Marcin Górski) 289

• 9.1 Schematy statyczne słupów 289
• 9.2 Rozwiązania konstrukcyjne trzonu słupa 289
• 9.3 Połączenia słupa z ryglem lub wiązarem 291
• 9.4 Podstawa słupa 291
• 9.5 Przykłady obliczeń 308

10. Stężenia hal i wiat (Zdzisław Pisarek) 327

• 10.1 Wprowadzenie 327
• 10.2 Stężenia prętowe i tarczowe 328
• 10.3 Oddziaływania przenoszone przez tężniki 329
• 10.4 Rozmieszczenie, funkcje i obliczanie stężeń w obiektach halowych 332
• 10.4.1 Stężenie połaciowe poprzeczne 332
• 10.4.2. Stężenie połaciowe podłużne 336
• 10.4.3. Stężenie pionowe wiązarów dachowych (stężenie międzywiązarowe) 338
• 10.4.4 Stężenia poprzeczne i podłużne dolnych pasów wiązarów dachowych 340
• 10.4.5. Stężenie ściany podłużnej hali 340
• 10.4.6. Stężenie ściany szczytowej hali 345
• 10.4.7. Stężenie wiatrowe ścian szczytowych i podłużnych (wiatrownice) 347
• 10.4.8. Tężnik hamowny 349
• 10.5 Szczegóły konstrukcyjne stężeń prętowych 349
• 10.6 Przykłady 349

11. Przykłady projektowe 378

• 11.1 Projekt stalowej hali magazynowej (Radosław Szczerba) 378
• 11.1.1 Projekt budowlany 378
• I. Kształtowanie konstrukcji hali 378
• II. Opis techniczny konstrukcyjny 379
• III. Zestawienie oddziaływań atmosferycznych 384
• IV. Obliczenia statyczne i sprawdzenie stanów granicznych 390
• Poz. 1. Poszycie dachu 390
• Poz. 2. Płatew kratowa 391
• Poz. 3. Wiązar dachowy 407
• Poz. 4. Słup dwugałęziowy 425
• Poz. 5. Stężenie połaciowe poprzeczne T-1 432
• Poz. 6. Stężenie ściany podłużnej T-2 436
• V. Dokumentacja rysunkowa projektu budowlanego 439
• 11.1.2 Wybrane elementy projektu wykonawczego 448
• I. Kształtowanie konstrukcji hali 448
• II. Opis techniczny 448
• III. Zestawienie oddziaływań atmosferycznych 457
• IV. Obliczenia statyczne i sprawdzenie stanów granicznych 457
• Poz. 1. Poszycie dachu 457
• Poz. 2. Płatew kratowa 457
• Poz. 3. Wiązar 467
• Poz. 4. Słup dwugałeziowy 486
• Poz. 5. Stężenie połaciowe poprzeczne T-1 497
• Poz. 6. Stężenie ściany podłużnej T-2 497
• Poz. 7. Obudowa ścian podłużnych. 498
• Poz. 8. Słup pośredni ściany podłużnej 499
• Poz. 9. Stężenie połaciowe podłużne T-5 505
• V. Dokumentacja rysunkowa projektu wykonawczego 509
• 11.2 Projekt konstrukcji nośnej hali portalowej ze ściągiem (Lucjan Sieczka, Dariusz Leń) 532
• I. Wymiary i lokalizacja budynku 532
• II. Opis techniczny konstrukcji 534
• III. Obliczenia statyczne i sprawdzenie stanów granicznych 537
• Poz. 1. Poszycie dachowe - blacha fałdowa 543
• Poz. 2. Obudowa ścienna 545
• Poz. 3. Rygiel ściany podłużnej (pole między osiami l i 2) 546
• Poz. 4. Płatew pośrednia (w osi B) 551
• Poz. 5. Główny układ poprzeczny 559
• Poz. 6. Rama nośna ściany szczytowej 576
• Poz. 7 Tężnik połaciowy poprzeczny 590
• Poz. 8. Tężnik pionowy ściany podłużnej 593
• 11.3 Projekt stalowej wiaty nad peronem kolejowym (Marcin Górski) 596
• I. Kształtowanie konstrukcji wiaty 596
• II. Opis techniczny 597
• III. Zestawienie oddziaływań atmosferycznych 600
• IV. Obliczenia statyczne i sprawdzenie stanów granicznych 602
• Poz. 1. Blacha fałdowa 602
• Poz. 2. Płatew 606
• Poz. 3. Rygiel ramy 611
• Poz. 4. Słup 618
• Poz. 5. Stężenie połaciowe poprzeczne 627
• V. Elementy projektu wykonawczego - projektowanie połączeń 631

Spis przykładów 639

Spis procedur obliczeniowych 640

Piśmiennictwo 641