stressed skin

MetalneMetalneMetalneMetalnekonstrukcijekonstrukcijekonstrukcijekonstrukcijeIIIIIIII

2014. 2014. / / 2015.2015.

Dr T. Vacev - Metalne konstrukcije II 1

Tema 8Tema 8

SADRŽAJ PREDAVANJA

SAVREMENI KONCEPTI PROJEKTOVANJA KONSTRUKCIJE HALA SAVREMENI KONCEPTI PROJEKTOVANJA KONSTRUKCIJE HALA -"STRESSED SKIN"

Izvori:Dr Srđan Kisin: Profilisani limovi u funkciji nosivosti metalnih konstrukcija, j j ,Institut IMS Beograd, 1994.EVROKOD EN 1993-1-3, 2006.

1) Stressed skin (engl.) = napregnuti omotač


( g ) p g

KONCEPT "STRESSED SKIN"

Klasični proračun metalnih konstrukcija se svodi na analizu glavne noseće konstrukcije i ukrućenja za stabilizaciju

Proračun ukrućenja je sporan deo analize jer je pretežno zasnovan na poluempirijskim obrascima za određivanje aktivnog opterećenja koje deluje na poluempirijskim obrascima za određivanje aktivnog opterećenja koje deluje na ukrućenja

Raspodela ovog opterećenja u pojedinim ravnima je takođe nejasna

Uk ć j č t đ j i k t i i č t b f k ij Ukrućenja se često raspoređuju prema iskustvenim normama, i često zbog funkcije objekta premeštaju ili potpuno uklanjaju

Sporan je i postupni pristup u analizi (dekompozicija), gde se proračun glavne noseće konstrukcije svodi na niz pojedinačnih analiza uz sukcesivni prenos opt.


j p j p pprema konceptu "sudelujućih površina" koji neminovno prate određene netačnosti

KONCEPT "STRESSED SKIN"R i d t i kl ič i t č t l ih k t k ijRezime - nedostaci klasičnog pristupa proračunu metalnih konstrukcija:

Izostavljanje učešća ukrućenja i oblogeVeća pomeranja a time i veće presečne sileVeća pomeranja, a time i veće presečne sile

Zanemaruje se značajna nosivost panela od profilisanihj j p plimova u svojoj ravni, posebno tamo gde nema značajnijihkoncentrisanih opterećenja, i gde se koriste "sendvič paneli" značajne krutosti

Racionalizacija metalnih konstrukcija je moguća ako se obloge od profilisanih limova uključe u funkciju nosivosti - "stressed skin design"limova uključe u funkciju nosivosti stressed skin design

Direktni efekat: smanjen ili anuliran broj klasičnih ukrućenja, a time manja masa j j j jkonstrukcije i olakšana montaža

N d t t k l ž d đi j k t ti fili ih li i j ih d tDr T. Vacev - Metalne konstrukcije II 4

Nedostatak: složeno određivanje krutosti profilisanih limova i spojnih sredstava


Istorijat: začetnici su E. R. Bryan i J. M. Davies, univerzitet Salford, V. Britanija

Koncept je nastao kombinovanjem eksperimenata i analitičkih metoda

Koncept je odavno prisutan u autoindustriji avioindustriji brodogradnji granama Koncept je odavno prisutan u autoindustriji, avioindustriji, brodogradnji - granama gde je ušteda na težini presudna

Rezultat - objavljivanje Preporuka:

1. Evropske preporuke za projektovanje čeličnih konstrukcija konceptomnapregnutog omotača ("European Recommendations for the Stressed Skin Design of Steel Structures") ECCS XVII 1976of Steel Structures ), ECCS XVII, 1976.

2. Evropske preporuke za projektovanje profilisanih limova ("European


p p p p j j p ( pRecommendations for the Design of Profiled Sheeting"), ECCS TC7, 1983.

KONCEPT "STRESSED SKIN"Uključivanje obloge od profilisanih limova u funkciju nosivosti mora biti zasnovano na odgovarajućim računskim analizama pomerljivosti sistema uz odgovarajuće krutosti panela i korektnu vezu panela za osnovnu konstrukcijuodgovarajuće krutosti panela i korektnu vezu panela za osnovnu konstrukciju

Realizacija je moguća primenom prostorne numeričke analize i inž. softveraj j g p p

Poseban značaj ima korektna krutost panela na smicanje u svojoj ravni, a i ži ji i i k % d fl k i k iprema istraživanjima ona iznosi oko 5% od fleksione krutosti

Viši stepen ovih analiza su nelinearne analize koje daju graničnu nosivost Viši stepen ovih analiza su nelinearne analize koje daju graničnu nosivost sistema, panela, i spojnih sredstava

Generalno, obloge od profilisanih limova adekvatnije ukrućuju konstrukciju u svim ravnima nego standardna linijska ukrućenja


KONCEPT "STRESSED SKIN"Dejstvo dijafragmi kod objekta sa ravnim krovom

(a) Obloga(a) Obloga(b) Polje smicanja u oblozi(c) Sile u nožicama - ivičnim elementima( )

Dejstvo dijafragmi kod objekta sa kosim krovom

(a) Obloga(b) Sile u nožicama - ivičnim elementima( )(c) Polje smicanja u oblozi(d) Zatega u kalkanu prima

t il d k blDr T. Vacev - Metalne konstrukcije II 7

vert. sile od krovne obloge

KONCEPT "STRESSED SKIN"Primer: krovni pokrivač se tretira kao rebro limenog nosača koji leži u krovnoj Primer: krovni pokrivač se tretira kao rebro limenog nosača koji leži u krovnoj ravni, pojasevi (nožice) nosača su venčanica i slemenjača, a nosač je oslonjen na mestima vertikalnih spregovana mestima vertikalnih spregova

Put prenošenja horizontalnog opterećenja (npr. vetar, seizmika):Krovna dijagragma → Ukrućeni kalkani → Temelji


KONCEPT "STRESSED SKIN"Primer: primena profilisanih limova za izradu rebra I profila primena za mostovski Primer: primena profilisanih limova za izradu rebra I-profila - primena za mostovski nosač


KONCEPT "STRESSED SKIN"EC 3 tretira "stressed skin design", ali ne daje precizne procedure za primenu, već samo uslove za tretman profilisanih limova kao integralnog dela konstrukcije:

1. Primena profilisanih limova, pored osnovne namene, ograničena je na formiranjesmičućih dijafragmi koje smanjuju pomerljivost konstrukcije u ravni obloga.j g j j j p j j g

2. Dijafragme imaju podužne ivične elemente koji primaju sile u nožicama nastale oddejstva dijafragme.

3 Sile u krovnim i tavaničnim ravnima moraju biti prenesene na temelje putem3. Sile u krovnim i tavaničnim ravnima moraju biti prenesene na temelje putemukrućenih ramova, dodatnih dijafragmi, ili drugim metodama ukrućivanja.

4. Odgovarajuća spojna sredstva prenose sile iz dijafragmi na glavnu nosećukonstrukciju i povezuju oblogu i ivične elemente koji deluju kao nožice.


KONCEPT "STRESSED SKIN"EC 3 - Uslovi za tretman profilisanih limova kao integralnog dela konstrukcijeEC 3 Uslovi za tretman profilisanih limova kao integralnog dela konstrukcije

5. Obloge se tretiraju kao delovi konstrukcije i ne mogu se uklanjati bezodgovarajućeg razmatranja.

6 P j k t i ti k d j i j " t d ki d i " k t6. Projekat mora imati oznaku da je primenjen "stressed skin design" koncept.

7 Kod obloga sa profilacijom u podužnom pravcu krova sile u nožicama usled7. Kod obloga sa profilacijom u podužnom pravcu krova, sile u nožicama usleddejstva dijafragme može preuzeti obloga.

8. "Stressed skin design" se uglavnom koristi kod nižih objekata ili kod podova ifasada visokih objekata.

9. Dijafragme uglavnom primaju opt. od vetra, snega, i druga opt. na oblogu, kao i manja kratkotrajna opt. - npr. od lakih ovešenih dizalica, ali ne i stalna spoljna opt.,


manja kratkotrajna opt. npr. od lakih ovešenih dizalica, ali ne i stalna spoljna opt.,npr. od postrojenja.

KONCEPT "STRESSED SKIN"EC 3 U l i k j i iti dij f d fili liEC 3 - Uslovi koje mora ispuniti dijafragma od profilisanog lima

1 Oba kraja panela moraju biti vezana za oslonačke elemente pomoću samoreznih1. Oba kraja panela moraju biti vezana za oslonačke elemente pomoću samoreznihvijaka, eksera za upucavanje, zavarivanja, zakovica ili drugih spojnih sredstava kojaneće izgubiti funkciju, ispasti ili biti presečena pre nego što lim bude raskinut. Svag j p p p gtakva spojna sredstva se postavljaju direktno kroz lim u nosače obloge.

2 P li đ b j j k i ili i ij i k ji ć i biti2. Paneli se međusobno spajaju zakovicama ili samoreznim vijcima koji neće izgubitifunkciju pre nego što lim bude raskinut. Razmak ovih spojnih sredstava je min. 500mmmm.

3. Udaljenost spojnih sredstava od ivica i krajeva panela mora da sprečiprevremeno cepanje lima.


KONCEPT "STRESSED SKIN"EC 3 U l i k j i iti dij f d fili liEC 3 - Uslovi koje mora ispuniti dijafragma od profilisanog lima

4 Mali proizvoljno raspoređeni otvori do 3% posmatrane površine dopušteni su bez4. Mali, proizvoljno raspoređeni otvori do 3% posmatrane površine dopušteni su bezposebne provere ako ukupan broj spojnih sredstava nije redukovan. Otvori do 15%posmatrane površine su dopušteni uz računski dokaz.p p p

5. Svi paneli se primarno projektuju na savijanje. Zatim se proverava da smičućii l d d j t dij f l 25% d j ćih ij jnaponi usled dejstva dijafragme ne prelaze 25% odgovarajućih napona savijanja.

6 Kapacitet dijafragme na smicanje se određuje na osnovu granične smičuće6. Kapacitet dijafragme na smicanje se određuje na osnovu granične smičućečvrstoće spojnih sredstava panel-panel ili panel-element (na ivicama paralelnimprofilaciji), ili, za dijafragme vezane samo za podužne ivične elemente krajnjih spojnihsredstava samo panel-element. Kapacitet spojnih sredstava za bilo koju drugugraničnu nosivost mora biti: za kombinovano dejstvo smicanja i odizanja panela od

t i 40% ći d k d đ ih d ti t l id l i 25%Dr T. Vacev - Metalne konstrukcije II 13

vetra min. 40% veći od ovako određenih vrednosti, a za ostale vidove loma min. 25%.

KONCEPT "STRESSED SKIN"S d t j j fili ih li lSredstva za spajanje profilisanih limova - panela

(a) Glavni nosač(a) Glavni nosač(b) Rožnjača(c) Vezni element( )(d) Spoj panel-vezni element(e) Rožnjača(f) S j l ž j č(f) Spoj panel-rožnjača(g) Spoj panel-panel

Dve vrste veza:Veza tankog i debelog elementa (panel - element noseće konstrukcije)V d t k l t ( đ b d fili li )


Veza dva tanka elementa (međusobna veza dva profilisana lima)


Prenos smičućih sila: krovna dijafragma-rožnjača-krovni vezač

Primer veznih elemenata:


KONCEPT "STRESSED SKIN"Sredstva za spajanje profilisanih limova

U š f k ij i ti fili ih li i i d k tibil ti Uspešna funkcij nosivosti profilisanih limova zavisi umnogome od kompatibilnosti deformacija spajanih elemenata

Spojevi moraju imati duktilnost u meri da omoguće preraspodelu unutrašnjih sila, postupnu plastifikaciju i konačno lom u osnovnom materijalu, a ne u spoju

Granična nosivost spojeva mora biti veća od plastične nosivosti osnovnek t k ij ili dij f d fili likonstrukcije ili same dijafragme od profilisanog lima

Zato se zahteva da sigurnost spojeva bude min 25% veća od sigurnosti na pojavu Zato se zahteva da sigurnost spojeva bude min. 25% veća od sigurnosti na pojavu loma osnovne konstrukcije ili dijafragme


Spojna sredstva se postavljaju u korita profilisanog lima

KONCEPT "STRESSED SKIN"Sredstva za spajanjeprofilisanih limova

Vidovi loma pri smicanju


KONCEPT "STRESSED SKIN"Sredstva za spajanje profilisanih limova

Vid i l i t jVidovi loma pri zatezanju(Prema ECCS preporukama)


KONCEPT "STRESSED SKIN"Zaključci

Obl d fili ih li il d j k t t j j i k j tič Obloge od profilisanih limova po pravilu poseduju krutost u svojoj ravni koja utiče na smanjenje ukupne pomerljivosti, i to efikasnije nego spregovi od linijskih elemenataelemenata

Pojedinačno posmatrani paneli predstavljaju ortotropne površinske elemente za čiju funkciju nosivosti ključnu ulogu ima krutost na smicanje u svojoj ravni

Uč šć bl k j i ti li i t l k t k ij j k kt Učešće obloge u ukupnoj nosivosti analizirane metalne konstrukcije je korektno ako se dokaže da i spojna sredstva kojima je ona vezana za osnovne konstruktivne elemente ili međusobno imaju kapacitet merodavne nosivosti konstruktivne elemente ili međusobno, imaju kapacitet merodavne nosivosti najmanje jednak nosivosti same obloge


KONCEPT "STRESSED SKIN"Primer integralnog proračuna glavne noseće konstrukcije i omotača hale (krov i fasade)

Računski model


KONCEPT "STRESSED SKIN"Primer integralnog proračuna glavne noseće konstrukcije i omotača hale (krov i fasade)

Računski model - opterećenje vetrom


KONCEPT "STRESSED SKIN"P i i t l č l ć k t k ij i t č h l Primer integralnog proračuna glavne noseće konstrukcije i omotača hale (krov i fasade)

Računski model - deformacije u nelinearnoj analizi


stressed skin

Documents