w4 zespolone

MATERIAY POMOCNICZE DO WYKADW NA PRAWACH RKOPISU WYCZNIE DO UYTKU WEWNTRZNEGO

1

KONSTRUKCJE ZESPOLONE STALOWO-BETONOWE

Prezentowane materiay s utworami w rozumieniu prawa autorskiego i podlegaj jego ochronie. Zabronione jest ich kopiowanie w caoci lub we fragmencie - i dalsze rozpowszechnianie bez pisemnej zgody autora. Materiay te s udostpniane studentom nieodpatnie i nie mog by przedmiotem jakiejkolwiek dziaalnoci komercyjnej.


2

W wikszoci budynkw szkieletowych stosuje si stropy elbetowe. Wynika to z koniecznoci zapewnienia stropom odpowiedniej nonoci i sztywnoci (w tym na dziaanie si poziomych), a take z wymaga akustycznych i ochrony przeciwpoarowej. Istota konstrukcji zespolonych stalowo-betonowych polega na wzajemnym poczeniu i wsppracy elementw wykonanych z rnych materiaw, w tym wypadku stali i betonu.

Rozwj metod uwzgldniania tej wsppracy mona zilustrowa na przykadzie stropw wykonanych z pyt elbetowych opartych na belkach stalowych. Wsppraca pyty elbetowej z ryglami lub belkami stalowymi moe by realizowana na trzech poziomach:

- pyty elbetowe opieraj si na belkach stalowych i przekazuj na nie obcienia nie ma wsppracy midzy tymi elementami,

- pyty elbetowe opieraj si na belkach stalowych, a przyspawane na pasach grnych belek blaszki oporowe powoduj, e pyta elbetowa zabezpiecza belk stalow przed zwichrzeniem,

- pyty elbetowe s poczone z belkami stalowymi za pomoc cinanych cznikw zespalajcych, wywoujcych pen wspprac obu materiaw tak, e powstaje nowy ustrj nony belka zespolona.


3

Rys. 1 Istota zespolenia polega na poczeniu, za pomoc cznikw cinanych, pyty elbetowej z belkami stalowymi, w wyniku czego elementy te wsppracuj ze sob podczas przenoszenia obcie. Celem takiego wzajemnego poczenia jest lepsze wykorzystanie cech mechanicznych skadowych materiaw stali przy rozciganiu, a betonu przy ciskaniu.

Procentowe oszczdnoci stali wynikajce z faktu uwzgldnienia zespolenia belki stalowej z pyt betonow. wynosz od 36 do 46%. Wida, e zastosowanie zespolenia dao w efekcie 23-krotny wzrost nonoci i 2,54,5-krotny wzrost sztywnoci w porwnaniu z przekrojem stalowym.


4

T-1. Porwnanie nonoci i sztywnoci belek stalowych i zespolonych

Belka stalowa IPE

Nono belki stalowej Mpl,a,Rd kNm

Sztywno belki stalowej EaIa kNm2

Nono belki zespolonej Mpl,Rd kNm

Sztywno belki zespolonej EaI1 kNm2

aRd,pl

Rd,pl

MM

aa

a

IEIE 1

Zamiennik stalowy belki zespolonej IPE

Oszczdno stali %

240 69,7 7970 209,9 35500 3,01 4,45 360 46,0 270 92,3 11800 257,7 46700 2,81 4,18 400 45,5 300 119,7 17100 314,7 67600 2,63 3,95 450 45,4 360 194,4 33300 456,8 111000 2,35 3,33 500 37,3 400 249,4 47400 556,1 130000 2,21 2,87 550 37,4 450 322,5 69200 687,0 176000 2,13 2,54 600 36,4 Wyniki dotycz pyty gruboci 150 mm z betonu C20/25; stal ksztatownikw S235.

Norma PN-EN 1994-1-1 Eurokod 4 skada si z nastpujcych czci: - cz 1-1: Reguy oglne i reguy dla budynkw, - cz 1-2: Projektowanie z uwagi na warunki poarowe, - cz 2: Mosty.


5

Podstawowe definicje stosowane w konstrukcjach zespolonych: - element zespolony: element konstrukcyjny zoony z czci betonowej i czci stalowej, poczonych ze sob za pomoc cznikw cinanych w sposb ograniczajcy poduny polizg i oddzielenie si jednego skadnika od drugiego, - zespolenie: poczenie czci betonowych i stalowych elementu zespolonego, posiadajce dostateczn nono i sztywno, aby obie czci mona byo uwaa za jeden element konstrukcyjny, - pene zespolenie: zespolenie, przy ktrym wzrost nonoci poczenia (np. liczby cznikw cinanych) nie wpywa na zwikszenie nonoci elementu na zginanie, - stopie zespolenia: stosunek liczby cznikw cinanych przy czciowym zespoleniu do liczby tych cznikw wymaganych do penego zespolenia, - pyta zespolona: pyta w ktrej blachy profilowane w sytuacji przejciowej peni rol deskowania traconego, a w sytuacji trwaej, po zespoleniu wsppracuj ze stwardniaym betonem stanowic cz lub cao zbrojenia rozciganego, - rama zespolona: konstrukcja ramowa, w ktrej wszystkie lub niektre elementy s elementami zespolonymi, a pozostae s elementami stalowymi, - sztywno elementu niezarysowanego EaI1; gdzie I1 jest momentem bezwadnoci rwnowanego przekroju stalowego obliczonego przy zaoeniu, e beton jest niezarysowany, - sztywno elementu zarysowanego EaI2; gdzie I2 jest momentem bezwadnoci rwnowanego przekroju stalowego obliczonego z pominiciem betonu w strefie rozciganej, ale przy uwzgldnieniu zbrojenia, - wze zespolony: wze czcy element zespolony z innym elementem zespolonym, stalowym lub elbetowym, ktrego nono i sztywno oblicza si z uwzgldnieniem zbrojenia.


6

W stalowych budynkach szkieletowych stosuje si nastpujce elementy zespolone: pyty zespolone, belki i rygle zespolone, supy zespolone.

PYTY ZESPOLONE NA BLACHACH FADOWYCH

W konstrukcjach stropw zespolonych blachy fadowe obliczane s w dwch sytuacjach projektowych: - sytuacji przejciowej (fazie montau), gdy poszycie z blach fadowych przenosi obcienie wieym betonem i obcienia montaowe. Obliczenia wykonuje si jak dla przekrojw stalowych cienkociennych wedug PN-EN 1993-1-3, W fazie montau, a take gdy blacha fadowa wykorzystana jest jedynie jako deskowanie stracone naley uwzgldni nastpujce obcienia:

ciar wasny pomostu z blachy, ciar wieego betonu z uwzgldnieniem zwikszenia jego gruboci wskutek ugicia blachy,

obcienie montaowe, wedug normy: PN-EN 1991-1-6, oddziaywania w czasie wykonania konstrukcji.

- w sytuacji trwaej (fazie eksploatacji), gdy po zespoleniu blacha fadowa traktowana jest jako zbrojenie pyty betonowej w przekroju zespolonym.


7

Wedug normy Eurokod 4 cakowita grubo pyty zespolonej h nie moe by mniejsza ni 80 mm, grubo za betonu ponad grn paszczyzn eber blachy fadowej hc nie moe by mniejsza ni 40 mm. Gdy pyta jest zespolona z belk lub wykorzystywana jako tarcza usztywniajca, wartoci te wzrastaj odpowiednio do 90 i 50 mm. Nominalny rozmiar kruszywa zaley od najmniejszego wymiaru elementu konstrukcyjnego wypenionego przez beton i nie powinien przekracza najmniejszej z wartoci:

0,4 hc; b0/3; 31,5 mm, gdzie: hc wysoko warstwy betonu ponad blach fadow, b0 rednia szeroko ebra blachy fadowej.

Minimalna gboko oparcia pyty na elemencie stalowym lub betonowym powinna wynosi 75 mm, przy czym minimalna gboko oparcia koca blachy fadowej powinna wynosi 50 mm. Minimalna grubo blachy powinna wynosi 0,7 mm.

Blachy profilowane w pytach zespolonych powinny by odpowiednio przystosowane do zespolenia z betonem i zdolne do bezpiecznego przenoszenia si cinajcych na styku obu materiaw. Czyst przyczepno naturaln uwaa si w tym przypadku za niewystarczajc.

Stan zespolenia blachy fadowej i betonu naley zapewni za pomoc jednego lub wikszej liczby nastpujcych sposobw:

a) zespolenia mechanicznego; zapewnionego przez karby, wgniecenia i wytoczenia profilu blachy,


8

b) zespolenia ciernego; zapewnionego przez tarcie betonu o blach uksztatowan w formie wklsej,


9

c) zakotwienia kocw pyty za pomoc przyspawanych przez blach do pasa grnego belki stalowej sworzni lub innych cznikw; tylko w zestawieniu z a) lub b), d) zakotwienia kocw pyty przez zgniecenie eber na kocach blachy fadowej; tylko w zestawieniu z b).

Przy wymiarowaniu pyt zespolonych na blachach fadowych w sytuacji trwaej naley rozpatrzy trzy przekroje krytyczne pokazane na rys. 2:

przekrj krytyczny I decyduje nono pyty na zginanie Mpl.Rd, przekrj krytyczny II decyduje nono na cinanie podune Vl.Rd, przekrj krytyczny III decyduje nono na cinanie pionowe Vv.Rd.

Przekroje krytyczne pyty zespolonej


10

Podczas obliczania nonoci pyty zespolonej na zginanie naley rozpatrzy dwa przypadki: o obojtna usytuowana ponad blach fadow; xpl < hc

Nono pyty zespolonej oblicza si ze wzoru: ( )plpf,cRd,pl x,dNM 50= ,

dyppfc fAN ,, = , gdzie: Ap zastpcze pole przekroju blachy stalowej w strefie rozciganej, dp odlego od grnego brzegu pyty do rodka cikoci zastpczego przekroju blachy fadowej, fyp,d obliczeniowa granica plastycznoci materiau blachy fadowej,


11

xpl wysoko bryy napre w betonie,

( )cdf,c

pl f,bN

x850

=,

b szeroko przekroju pyty, fcd wytrzymao obliczeniowa betonu na ciskanie, o obojtna usytuowana w blasze fadowej

Nono pyty na zginanie:

prf,cRd MzNM += ,


12

( )dyppe

fcppc fA

Neeehhz

,

,5,0 +=,

gdzie: Mpr zredukowana nono plastyczna blachy fadowej,

padyppe

fcpapr MfA

NMM

=

,

,125,1,

=

c

ckcf,c

f,bhN

850

,

gdzie: Ape efektywne pole przekroju blachy profilowanej na szerokoci b, Mpa obliczeniowa nono plastyczna efektywnego przekroju blachy fadowej, h cakowita grubo pyty zespolonej, e odlego od rodka cikoci zastpczego przekroju blachy fadowej od jej dolnego brzegu, ep odlego plastycznej osi obojtnej zastpczego przekroju blachy fadowej od jej dolnego brzegu.


13

Sprawdzenie pyt zespolonych na rozwarstwienie (cinanie podune) (przekrj II)

Dla pyt z zakotwieniem mechanicznym lub ciernym (sposoby a) i b)) nono na cinanie podune okrela si metod dowiadczaln (m-k) lub metod czciowego zespolenia. Stosujc metod m-k, naley sprawdzi warunek:

vss

ppRd.l kbL

mAbdVV

1

+=

w4 zespolone

Documents