Ważna uwaga eksperta: Jest to archiwalny tekst edukacyjny, a nie aktualna specyfikacja projektowa, obliczenia statyczne, dowód nośności lub instrukcja produkcji i montażu. Projektowanie hal, kopuł, szkieletów, wysokich kolumn, wież, konstrukcji kopalnianych i rurowych wymaga upoważnionego projektanta, fundamentów geotechnicznych i innych wiarygodnych, rzeczywistych efektów, kontroli stabilności, zmęczenia, ognia i korozji, a także obowiązujących przepisów i norm.
Projektowanie i budowa konstrukcji stalowych nie jest częścią aktualnej oferty publicznej Savo Kusić. Dzisiejsza produkcja koncentruje się na oknach drewnianych, oknach drewniano-aluminiowych i drzwiach na zamówienie.
hale przemysłowe
1. Kopuły. Są kopuły, w których wszystkie pręty leżą na powierzchni kopuły, tworząc układy przestrzenne, w innych kopuły powstają poprzez promieniowy układ poszczególnych wiązań. Kopuły będące siatkami przestrzennymi mogą mieć następujące kształty:
– kopuły Schwedlera, których żebra są promieniowe i połączone ze sobą poziomymi belkami (rys. 1)
- Kopuły siatkowe, których powierzchnia składa się z sieci trójkątów, bez żeber promieniowych, ale z obejmującymi pasmami o tej samej liczbie kątów (rys. 2). Jeżeli taka kopuła opiera się na wielokącie foremnym o parzystej liczbie boków, to układ jest niestabilny i bez specjalnej stabilizacji nie nadaje się do użytku.
- kopuły Zimmermana, gdzie występują, podobne do kopuł Schwedlera i kopuły siatkowe, pierścienie poziome, ale liczba kątów na pierścieniach stopniowo maleje wraz ze wzrostem wysokości pierścieni. Zaletą kopuł Zimmermana w porównaniu z kopułami Schwedlera i kopułami siatkowymi jest to, że w narożach dolnej części powstają tylko siły pionowe, natomiast siły poziome od wiatru odbierane są przez środek ścian w kierunku wzdłużnym (rys. 3).
- Kopuły gładkie lub płytowe, w których podobnie jak w przypadku siatki wszystkie poszczególne powierzchnie są trójkątne, a sposób podparcia jest podobny do kopuł Zimmermana (rys. 4).
- Dachy namiotowe, w których żebra są prostoliniowe (rys. 5).
Rys. Odpowiednio 1, 2, 3, 4
Rys. 5
2. Hale sportowe. Konstrukcja hal sportowych uwarunkowana jest kształtem areny i rozmieszczeniem widowni. Unika się filarów, dzięki czemu obserwatorzy mają dobry widok na całe wnętrze.
3. Sale wystawowe. W przypadku sal wystawowych stosuje się podstawę prostokątną, aby jak najprościej rozmieścić elementy złączne. Czasami przewiduje się również kolumny wewnętrzne, jednak istnieje większa swoboda w rozmieszczeniu przestrzeni, jeśli w hali nie ma kolumn.
4. Hale warsztatowe. Projekt konstrukcji stalowej hali warsztatowej powstaje przy współpracy rzeczoznawcy eksploatacyjnego, projektanta dźwigu i projektanta konstrukcji stalowej. Specjalista od napędów określa wymiary podstawy i rozstaw kolumn zgodnie z rozmieszczeniem maszyn i planem pracy. Określa także wypełnienie ścian, pokrycie dachu i sposób posadowienia, zgodnie z opinią rzeczoznawców budowlanych. Projektant żurawia określa ciężary własne wózków i żurawi, rozstaw kół i najbardziej niekorzystne naciski kół. Na podstawie danych rzeczoznawcy eksploatacyjnego i projektanta suwnicy projektant konstrukcji stalowej określa konstrukcję nośną hali. Podpory dźwigu powinny być możliwie sztywne i w razie potrzeby zaprojektowane z wysięgiem, tak aby w czasie przejazdu przez nie mocno obciążonego dźwigu szyna dźwigu znajdowała się w pozycji poziomej i w ten sposób można było wybrać stosunkowo mały silnik dźwigu.
5, Hale w kształcie piły. Hale w kształcie piły buduje się najczęściej wtedy, gdy wymagane jest równomierne oświetlenie i należy unikać bezpośredniego przenikania światła słonecznego do wnętrza hali. Jest to szczególnie istotne w halach produkcyjno-magazynowych przemysłu tekstylnego. Dachy piłowane mają gołe przeszklone powierzchnie 60o do 90o, natomiast nachylenie powierzchni masywnej wynosi 30o. Przeszkloną powierzchnię umieszczono po stronie niesłonecznej, czyli w kierunku północnym. Projektując dachy piłowane, należy wziąć pod uwagę cały szereg zagadnień, których rozwiązaniem jest miarodajna opinia inwestora, a mianowicie: pokrycie dachowe może być wykonane z lekkich płyt montażowych lub dachówek na podłożu drewnianym, łącznikami piłowanymi mogą być kratownice (rys. 6), ramy z trzema przegubami (rys. 7) lub ramy na dwóch przegubach z rozciąganiem (sl 8). Rozwiązanie kratowe charakteryzuje się najmniejszą wagą, jednak mają tę wadę, że kratka przykleja się np. do podłoża. w przemyśle tekstylnym zatrzymują włókna wełny. Jeżeli zależy nam na tym, aby we wnętrzu budynku znajdowało się jak najmniej słupów, można zastosować rozwiązanie z siatkami o dużej rozpiętości w obu połaciach dachu, które podpierają się wzajemnie i są wsparte na końcach na wspornikach kratowych.
Rys. 6
Rys. 7
Śl. 8
Konstrukcje hangarów dla łodzi
Konstrukcje nad podestem podtrzymują wiszące żurawie obrotowe. Stosowane są do zgrubnego montażu jednostek pływających w transporcie morskim i rzecznym. Konkurencją dla tych konstrukcji są żurawie wysokoobrotowe i dźwigi linowe. Na ryc. 9 przedstawia konstrukcję na pochylni Nordseewerke Emden. Masa 3000 t, masa całkowita 1912.
Rys. 9
Konstrukcje szkieletowe stalowe
Stalowa konstrukcja szkieletowa to konstrukcja posiadająca kilka kondygnacji, której słupy, podpory i dźwigary wykonane ze stali same przenoszą na fundament obciążenia od ciężaru własnego innych materiałów, a także obciążenia użytkowe. Ściany zewnętrzne i wewnętrzne służą jedynie do zamknięcia przestrzeni. Oprócz własnego ciężaru i obciążenia użytkowego na szkielet stalowy oddziałuje również napór wiatru na budynek w kierunku wzdłużnym i poprzecznym.
Konstrukcje szkieletowe mają zazwyczaj taki kształt, że słupy i belki tworzą ramy poprzeczne. Ramy te mają mniej więcej taką samą odległość między sobą w kierunku wzdłużnym budynku i są połączone podłużnymi podporami. Ramki mogą mieć dwa lub trzy słupki. Połączenia konstrukcji nośnej ze słupami mogą być sztywne lub przegubowe.
W celu usztywnienia budynku w kierunku podłużnym, w polach pozbawionych okien umieszcza się złącza pionowe (rys. 10) lub wszystkie podpory ścian zewnętrznych łączy się sztywno ze słupami tak, aby powstała konstrukcja ramowa z licznymi węzłami (rys. 11).
Rys. 10
Rys. 11
Wybór materiałów na sufity, ściany wewnętrzne i zewnętrzne ma decydujące znaczenie dla ekonomii i praktyczności rozwiązania. Materiały te muszą posiadać właściwości termoizolacyjne i dźwiękochłonne, być lekkie i odporne na działanie czynników atmosferycznych, chronić ściany stalowe przed ogniem, rdzą i kondensacją. Stropy wykonane są z betonu ze zbrojeniem zwykłym lub krzyżowym lub z prefabrykowanych elementów betonowych.
Możliwość stosowania stalowych konstrukcji szkieletowych jest bardzo zróżnicowana. Stosowane są przy budowie wieżowców i budynków komercyjnych, hoteli i wielu zakładów przemysłowych i mają wiele zalet w porównaniu z innymi metodami budowlanymi. Wysoka wytrzymałość stali prowadzi do stosunkowo małych wymiarów elementów nośnych. Ponieważ ściany tutaj nie biorą udziału w przenoszeniu obciążenia, mogą mieć równą grubość na wszystkich piętrach. Czas potrzebny na wykonanie szkieletu stalowego jest krótki, montaż można wykonać przy każdej pogodzie. Zmiany w konstrukcji można łatwo wprowadzić podczas montażu, a nawet po przejęciu budynku, nie zagrażając bezpieczeństwu budynku. Osiadanie gruntu można łatwo wyrównać poprzez podniesienie kolumn bez zakłócania pracy samego budynku.
W tego typu konstrukcjach na stropy i ściany stosuje się lekkie materiały, a sama konstrukcja nośna również jest lekka, dzięki czemu całkowity ciężar własny budynku jest stosunkowo niewielki. Dzięki temu koszt finansowania jest niski. Można je łatwo zdemontować, dzięki czemu poszczególne części stalowe można częściowo wykorzystać ponownie.
Wysokie filary i wieże
Wysokie kolumny i wieże to wysokie i smukłe konstrukcje, stosunkowo lekko obciążone, w przypadku których stal jest szczególnie odpowiednim materiałem.
1. Słupy oświetleniowe. W trosce o równomierne oświetlenie jak największych powierzchni, zwłaszcza na terenie obiektów kolejowych i kopalń, budowane są słupy o wysokości od 25 do 40m. Na górze znajduje się platforma, na której umieszczone są instalacje oświetleniowe. Aby umożliwić naprawę tych instalacji, przewidziano drabinki wspinaczkowe (rys. 12), z kątowników wykonane są pasy narożne, przekątne i poziome. Obliczenia przeprowadza się jak dla konstrukcji w budownictwie.
Rys. 12
2. Słupy dla sieci tramwajowej. Ze względu na sposób naprężenia liny nośnej wymagana jest jednakowa wytrzymałość na zginanie w stosunku do wszystkich osi poziomych. W zależności od wysokości grubość blachy waha się od 8 do 10 mm.
3. Słupy dla elektrycznej sieci kolejowej. Mają wysokość od 8 do 16 m. Wysokość zależy od rozpiętości, a co za tym idzie od strzałki liny nośnej, która może przebiegać pionowo lub ukośnie w stosunku do przewodnika (rys. 12). Przekrój prostokątny u dołu i kwadratowy u góry powinien być jak najmniejszy. Przydatne jest wiązanie przekątnych z narożników bezpośrednio do pasów, bez wiązania prześcieradeł. Każdy pas narożny ma na dolnym końcu płytę nośną, a cała kolumna opiera się na wspólnym fundamencie dla wszystkich czterech pasów. Kolumna jest przymocowana do fundamentu za pomocą betonowych śrub kotwiących.
4. Słupy linii energetycznej. W przypadku ważnych linii przesyłowych wysokiego napięcia słupy są wykonane prawie wyłącznie ze stali. Ich wysokość uzależniona jest od wolnej rozpiętości, rozmieszczenia wsporników, materiałów i dopuszczalnych napięć, przewodów i liny ochronnej na słupie, a także od warunków obciążenia. Liczba systemów prądu przemiennego przesyłanych przez bieguny ma również znaczenie. W zależności od przeznaczenia wyróżnia się następujące typy słupów: słupy podtrzymujące do prowadzenia przewodów w kierunku (rys. 13), słupy narożne z punktami przerwania trasy do przyjmowania poziomych elementów przewodu, słupy naprężające (rys. 13), słupy łączące lub rozłączne służące do łączenia lub podziału przewodu w różnych kierunkach.
Rys. 13
Kolumna prawie zawsze ma przekrój kwadratowy i składa się z kilku części na wysokość. Pasy i przekątne wykonane są z kątowników. W celu zwiększenia wytrzymałości na wyboczenie pasy po montażu są częściowo wypełniane betonem. Połączenie przekątnych i pasów, jeśli jest to konstrukcyjnie możliwe, odbywa się bez blach węzłowych. Mniejsze kolumny, zwłaszcza kolumny nośne, są kotwione do drewnianych podkładów zakopanych w ziemi 3 m. Wysokie kolumny stawiane są wyłącznie na jednym fundamencie z bloczków betonowych.
Kopalnie
W przypadku obiektów górnictwa odkrywkowego stosuje się terminy fachowe, z których najważniejsze wyjaśniono na ryc. 14. Główną częścią wieży eksportowej kopalni jest wieża prowadząca. Wysokość wieży uzależniona jest od wysokości podestu wejściowego nad polem, od długości kosza, od długości przejazdu, od wysokości zderzaka oraz wysokości upadku pomiędzy zderzakiem a uchwytami.
Rys. 14.1.
Rys. 14.2.
Z biegiem lat opracowano pewne formy wież eksportowych, w zależności od położenia maszyny napędowej w kierunku wieży. Jeśli podczas prostego przejazdu, czyli gdy jeden kosz jedzie w górę, drugi w dół, kosze wiszą obok siebie, patrząc od strony maszyny napędowej, to oba walce mogą leżeć obok siebie na tej samej platformie i wtedy wieża będzie parterowa. Na ryc. 15 przedstawia rozwiązanie z czterema rolkami obok siebie.
Rys. 15
Jeśli kosze wiszą jeden za drugim, rolki muszą leżeć jeden nad drugim, tak aby powstała wieża dwukondygnacyjna (rys. 16). I z podwójną wieżą, gdy obok siebie leżą cztery kosze. patrząc z maszyny napędowej, wszystkie cztery walce mogą leżeć obok siebie na parterowej wieży (rys. 15).
Jeśli jednak patrząc od strony maszyny, cztery kosze są umieszczone jeden za drugim, jedną maszynę należy umieścić po przeciwnych stronach wieży, a wieżę rozwiązuje się jako konstrukcję dwupiętrową z rozpostartą częścią dolną (rys. 17). Dopiero gdy w pobliżu szybu nie ma wystarczająco dużo miejsca, aby umieścić maszynownię obok wieży, maszynę napędową umieszcza się na samej wieży.
Oprócz wież eksportowych, na powierzchni kopalni mogą znajdować się hale z szybami i myjnie, w których przerabia się węgiel. Projektowanie tych obiektów wymaga współpracy projektanta konstrukcji stalowej z firmą dostarczającą urządzenia. Obiekty te w zasadzie nie różnią się od innych konstrukcji stalowych, z tym wyjątkiem, że wymagają ciągłego dostosowywania konstrukcji do urządzeń mechanicznych. Na przykład w jednej hali warsztatowej można uznać, że wszystkie ramy są równe, co jednak jest rzadkością w hali kopalni czy pralni.
Rys. 16
Rys. 17
Konstrukcje rurowe
Rura ma najkorzystniejszy przekrój poprzeczny dla pręta prasowanego, który jest jednakowo podparty we wszystkich kierunkach. Ponadto najmniejszą grubość ścianki można uzyskać za pomocą rur. We wszystkich pozostałych przekrojach grubość ta jest bardziej ograniczona przez lokalną niestabilność niż w przypadku rury cylindrycznej. Rury są szczególnie niewrażliwe na ryzyko skręcenia, co nie ma miejsca w przypadku innych odcinków konstrukcji stalowych. Oprócz tych zalet statycznych, wadą rur jest niekorzystny kształt do przyjmowania momentów zginających, a także utrudnione łączenie grubszych rur pod kątem.
Rury mogą być wykonane albo z giętych arkuszy ze spawanym szwem wzdłużnym, albo jako bezszwowe rolki. W obu przypadkach cena rury jest wyższa od ceny profilu, biorąc pod uwagę trudności produkcyjne. Z tych powodów konstrukcje rurowe są konkurencyjne jedynie przy odpowiednim zmniejszeniu ciężaru materiału. Rury są szczególnie stosowane jako filary budynków, jeśli są obciążone tylko siłami normalnymi. Rury stosuje się także na filary przejść podziemnych i konstrukcji podziemnych. Obecnie często wykorzystuje się je do wykonywania rusztowań. Aby zapobiec korozji wewnętrznej, wszystkie przedłużenia i połączenia, a także rury końcowe powinny być całkowicie uszczelnione.
Nota aplikacyjna: Historyczne przykłady, wymiary, typologie i twierdzenia dotyczące ekonomii lub wygody systemu nie mogą być wykorzystywane jako substytut aktualnych norm, warunków terenowych, właściwości technicznych materiałów i sprzętu ani weryfikacji specjalistycznej konkretnej konstrukcji.