Płatew stalowa

Płatew jest elementem konstrukcji przekrycia dachu, układanym w kierunku równoległym do kalenicy dachu. Płatew jest belką lub lekką kratownicą, która przenosi obciążenia pokrycia dachu na wiązary. W stalowych dachach bezpłatwiowych rolę płatwi pełni blacha dachowa przekrycia. W stalowych dachach płatwiowych blacha wyeliminowała krokwie dachowe.

Rodzaje i detale płatwi

Umiejscowienie płatwi w pokryciu

W zależności od usytuowania  w konstrukcji przekrycia hali można wymienić płatwie: połaciowe P1,  kalenicowe P2 ,  i okapowe P3 (rys.1).Hala-płatwie

Rys.1. Umiejscowienie płatwi w konstrukcji przekrycia dachu

W zależności od sposobu ułożenia w stosunku do płaszczyzny połaci płatwie mogą być pionowe (środnik pionowy niezależnie od pochylenia połaci) (rys.2b,c) lub ze środnikiem prostopadłym do płaszczyzny połaci (rys.2a)

Usytuowanie prosto-pion-kalenica

Rys.2. Usytuowanie płatwi w stosunku do połaci: a) prostopadle do połaci, b) pionowo, c) płatew kalenicowa
(opracowano wg [1])

Zależność pochylenia przekrycia od rodzaju pokrycia

W tab.1 zestawiono zalecane spadki połaci dachowej w zależności od zastosowanego pokrycia dachowego. Współczesne pokrycia dachów hal stalowych wykonuj się w technologii wymienionej w kol. 14 tabeli (pokrycia bezspoinowe ): 2x papa termozgrzewalna lub 21x folia EPDM (Ethylene Propylene Diene terpolymer Monomer) o gr. 1,2 do 2,0 mm (0,045 ” do 0,075″).  W takim przypadku ze względu na szczelność pokrycia nie jest wymagany spadek ( w tabl.1 – 0%). Wskutek  ugięcia przekrycia mogą tworzyć isę lokalne zastoisk wody (efekt jeziora), i dlatego nawet w przypadku podciśnieniowego systemu odprowadzenia wody (np. Geberit Pluvia) należy nadawać niewielki spadek, wynoszący 1,0 do 1,5%.

SpadkiTab.1 Spadek połaci dachowej w zależności od pokrycia dachowego

Rozpiętości płatwi oraz analizy optymalizacyjne

Typ  płatwi (pełnościenna , kratowa) zależy od jej rozpiętości L.

W rozdz. 4 artykułu  Przekrycia hal i galerii na rys. 11 pokazano, że praktycznie w całym zakresie płatwie walcowane są prawie 2x cięższe od płatwi giętych na zimno lub kratowych. Przy rozpiętościach 6 do 7,5 m najlepiej stosować płatwie gięte na zimno w rozstawie co 3 m; przy rozpiętościach 7,5 do 9 m płatwie gięte na zimno w rozstawie co 1,5 m. Przy rozpiętościach 9 do 12 stosować płatwie kratowe w rozstawie co 3,0 lub 4,5 m.

Analizy optymalizacyjne płatwi przeprowadzono też w pracy [2] oraz [3].

Typy płatwi oraz detale konstrukcyjne

Typowe płatwie oraz ważne detale konstrukcyjne pokazano w artykule Przekrycia hal i galerii :

  • rys. 12: najczęściej stosowane płatwie gięte na zimno są wykonane z profili: zetowych Z, ceowych (C+), sigma (Σ) lub kapeluszowych,
  • rys.13: detal zamocowania blachy poszycia do pasa płatwi giętej na zimno.
  • rys 14: detal zawieszenia płatwi giętej na zimno nad pasem wiązara dachowego,
  • rys. 15: realizacja zawieszenia i zabezpieczenie pasa dolnego wiązara przed wyboczeniem bocznym (zwichrzeniem)
  • rys.16: przygotowanie płatwi ażurowych z otworami: a) sześciokątnymi, b) kołowymi,
  • rys.17: płatew kratowa w systemie WideBay,
  • rys. 18:  płatew kratowa w systemie Butler Landmark™ 2000,
  • rys.19: klasyczne płatwie kratowe 9 i 12 m.
    (Powyżej numeracja rysunków jest stosowana w artykule „Przekrycia hal i galerii”).

Poniżej, na rys. 3 pokazano detale podparcia płatwi klasycznych walcowanych, które można stosować do podparcia pasa dolnego płatwi kratownicowej.

Podparcie walcowanychRys.3. Podparcie płatwi walcowanych i pasa dolnego płatwi kratownicowych [1]

Zagadnienia wybrane

Podwieszenie płatwi

W przypadku najczęściej stosowanego usytuowania płatwi prostopadle do połaci (rys. 2a) następuje dwukierunkowe zginanie płatwi:

(1) w kierunku większej sztywności ( zginanie wokół osi y) od obciążenia

$Q_z= [W+(Q+S)\cdot cos \alpha] \cdot a+g$ (1)

(2) w kierunku mniejszej sztywności  (zginanie wokół osi z) od obciążenia

$Q_y= [(Q+S)\cdot sin \alpha ] \cdot a$ (2)

Przy dużych kątach nachylenia połaci może okazać się, że decydujące jest zginanie względem osi z. W celu zmniejszenia tego efektu stosuje się podwieszanie płatwi w sposób pokazany na rys. 4.

Podwieszenie a,b,cRys.4. Podwieszenie płatwi:  a) jednym wieszakiem, b) dwoma wieszakami, c) detale [1]

Foto ściągi

Rys.5. Ilustracja zastosowania ściągów i zastrzałów

Podwieszenie jednym wieszakiem (rys. 4a) stosuje się wówczas, gdy:

$Q_y \ \ < \ \ \ddfrac {Q_z \cdot cos \alpha}{4}$ (3)

W przeciwnym przypadku (przy większym zginaniu z płaszczyzny) dajemy dwa wieszaki (rys. 4b) lub trzy wieszaki (rys. 5).

Moment zginający płatew z płaszczyzny wyznacza się jak dla belki dwu- lub trój-przęsłowej o długości prtzęsła l= b/2 lub b/3 (rys. 4a i 4b odpowiednio) ze znanej zależności:

$M_z= Q_y \cdot l^2/n$ (4)

gdzie dla momentu podporowego:  n=8 (belki dwuprzęsłowa), n= 10 (belka trójprzęsłowa).

Zginanie względem osi większej sztywności wyznacza się standardowo (My=Qzb2/8 dla płatwi jednoprzęsłowych). Należy zwrócić uwagę na jednoczesność zginania w obu kierunkach z warunku działania w jednym przekroju po długości płatwi.

Podwieszenia wykonuje się z prętów okrągłych nagwintowanych na końcach, tak, aby nakrętkami można było regulować naciąg. W ściągach panuje siła obliczona jak dla reakcji podpory, przy czym w ściągu ukośnym reakcja Sk może być oszacowana z reakcji podpory prostopadłej do ściągu i powiększona współczynnikiem  1/ sinβ.

Zwichrzenie płatwi

Zwichrzenie płatwi można pominąć (χLT=1) , jeśli pokrycie stanowi sztywną tarczę. Należy sprawdzić warunki:

(5) sztywność tarczy,

(6) nośność łączników połączenia blachy z pasem płatwi,

zgodnie z normami:

  • [4]- wzory (BB.2 i BB.3)
  • [5] – klauzule 10.1.1. (10)

Podstawy metody wraz z licznymi diagramami podała Europejska Konwencja Konstrukcji Stalowych [6].

Zginanie międzywęzłowe płatwi kratowych

Pas górny płatwi kratowych jest obciążony między węzłami (rys.5) i dlatego przy wymiarowaniu prętów płatwi należy uwzględnić zginanie wywołane tymi obciążeniami. W istocie tak obciążona kratownica nie jest kratownic ą w sensie mechaniki budowli, lecz jest ramą z prętami pasów ciągłymi nad węzłami. Współcześnie kratownice oblicza się i wymiaruje jako ramy, a uproszczone metody szacowania zginania międzywęzłowego utraciły na znaczeniu.

MiędzywęzłoweRys.5. Zginanie międzywęzłowe pasa górnego płatwi kratowej [1]

Często przy konstruowaniu płatwi przeważa kryterium prostoty i łatwości wykonania nad kryterium osiowego łączenia prętów. W tych przypadkach należy uwzględnić zginanie pasów od mimośrodowych rzeczywistych połączeń (rys.6).

kratowa mimośrodyRys.6. Przykład zginania pręta kratownicy od mimośrodowych połączeń [1]

Problem mimośrodowych połączeń w węzłach występuje również w dźwigarach kratownicowych, które są przedmiotem artykułu Stalowe dźwigary kratowe.

 

Bibliografia artykułu
  1. Bogucki W. (red.), (1982), Poradnik projektanta konstrukcji metalowych (Wydanie 1., Tom 2), Arkady, Warszawa
  2. Chodor L., (2016). Przekrycia hal i galerii. Materiały XXXI Ogólnopolskie Warsztaty Pracy Projektanta Konstrukcji, Tom I, ss. 25–202, [ https://chodor-projekt.net/wp-content/uploads/2016/03/Chodor_LPrzekrycia-hal-i-galerii-WPPK-2016.pdf]
  3. Chudy, S. (2015). Optymalizacja podsuwnicowych słupów hal, Praca maisterksa, Politechnika Świętokrzyska, [https://chodor-projekt.net/wp-content/uploads/2015/07/https://chodor-projekt.net/wp-content/uploads/2015/07/Chudy-S.Optymalizacja-podsuwnicowych-słupow-hal-Praca-magisterska-Kielce-2015.pdf ]
  4. PN-EN 1993-1-1+A1:2006, Eurokod 3. Projektowanie konstrukcji stalowych, Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków
  5. PN-EN 1993-1-3:2008, Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych. Część 1-3: Reguły uzupełniające dla konstrukcji z kształtowników i blach profilowanych na zimno
  6. ECCS. (1995). European Recommendations for the Application of Metal Sheeting acting as a Diaphragm – Stressed Skin Desing (No. 88). European Convention for constructional SteelWork, [ https://chodor-projekt.net/wp-content/uploads/2016/04/ECCS-1995-No-88-ER-for-Application-of-Metal-Sheeting-Acting-as-Diaphragm.pdf ]
_______________
Koniec
O autorze
* dr inż. Leszek Chodor. Architekt i Inżynier Konstruktor; Rzeczoznawca budowlany. Autor wielu projektów budowli, w tym nagrodzonych w konkursach krajowych i zagranicznych, a między innymi: projektu wykonawczego konstrukcji budynku głównego Centrum "Manufaktura" w Łodzi, projektu budowlanego konstrukcji budynku PSE w Konstancinie Bielawa, projektów konstrukcji "Cersanit" ( Starachowice, Wałbrzych, Nowograd Wołyński-Ukraina), projektu konstrukcji hali widowiskowo-sportowej Arena Szczecin Autor kilkudziesięciu prac naukowych z zakresu teorii konstrukcji budowlanych, architektury oraz platformy BIM w projektowaniu.
Translate »