UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA GRADBENIŠTVO

Nejc Marič

RAČUNSKA ANALIZA JEKLENE GARAŽE

DIMENZIJ 7x20x5 m

Idejna naloga

Maribor, september 2012

I

Diplomski izpit univerzitetnega študijskega programa 1. stopnje

RAČUNSKA ANALIZA JEKLENE GARAŽE DIMENZIJ 7x20x5 m

Študent: Nejc MARIČ

Študijski program: Dodiplomski univerzitetni študijski program »Gradbeništvo«

Smer: Gradbeništvo

Mentor: Prof. dr. Kravanja Stojan, univ.dipl.ing.grad.

II

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju doc. dr. Stojanu

Kravanji za pomoč in vodenje pri izdelavi idejne

naloge.

Zahvaljujem se tudi vsem, ki so mi v času

študija na kakršen koli način pomagali.

Posebna zahvala velja staršem, ki so mi

omogočili študij.

III

JEKLENA GARAŽA

Ključne besede: jeklene konstrukcije, dimenzioniranje, mejno stanje nosilnosti,

mejno stanje uporabnosti, garaža

Povzetek

Namen diplomskega izpita je izvesti računsko analizo in dimenzioniranje jeklene garaže

dimenzij 7x20x5 m. Izvedena analiza jeklene konstrukcije iz jekla S 235. Uporabljeni so

vročevaljani profili 1., 2. in 3. razreda kompaktnosti. Računska analiza in

dimenzioniranje je izvedeno po EN 1990, 1, 3. Uporabili smo računalniški program

OCEAN verzije 10.02.

IV

STEEL GARAGE

Key words: Steel structures, dimensioning, ultimate limit states, serviceability limit

states, garage

Abstract

Purpose of this diploma exam is to conduct a computational analysis and dimensioning

of a steel garage. The analysis of the steel structure is performed made of S 235

structural steel. Used hot-rolled profiles of compactness classes 1, 2, 3. Global analysis

and dimensioning is performed in accordance with EN 1990, 1, 3. The computer

program OCEAN 10.02 is used.

V

VSEBINA

1 UVOD ...................................................................................................................... 1

2 TEHNIČNO POROČILO ...................................................................................... 2

2.1 SPLOŠNO O OBJEKTU .......................................................................................... 2

2.2 OPIS KONSTRUKCIJE .......................................................................................... 2

2.3 OBTEŽNI PRIMERI IN KOMBINACIJE .................................................................... 2

2.4 STREŠNE LEGE IN FASADNA PODKONSTRUKCIJA ................................................ 4

2.5 GLAVNI OKVIRJI ................................................................................................ 4

2.6 POVEZJA ............................................................................................................ 5

2.7 RAČUNSKA ANALIZA ......................................................................................... 6

3 ANALIZA OBTEŽB .............................................................................................. 7

3.1 STALNA OBTEŽBA .............................................................................................. 7

3.2 SPREMENLJIVA OBTEŽBA SNEGA ........................................................................ 8

3.3 SPREMENLJIVA OBTEŽBA VETRA ........................................................................ 9

3.4 OBTEŽNE KOMBINACIJE ................................................................................... 16

4 DIMENZIONIRANJE ......................................................................................... 17

4.1 STREŠNA LEGA ................................................................................................ 17

4.1.1 Obtežbe ....................................................................................................... 18

4.1.2 Statični izračun ........................................................................................... 19

4.1.3 Dimenzioniranje po MSN ........................................................................... 21

4.1.4 Dimenzioniranje po MSU ........................................................................... 26

4.2 GLAVNI OKVIR ................................................................................................. 27

4.2.1 Statični izračun ........................................................................................... 27

4.2.2 Dimenzioniranje okvirja ............................................................................. 29

4.2.3 Dimenzioniranje po MSU ........................................................................... 42

4.3 POVEZJA .......................................................................................................... 43

VI

4.3.1 Prečno strešno povezje ............................................................................... 43

4.3.2 Povezje v med stebri v vzdolžni smeri ........................................................ 44

5 ZAKLJUČEK ....................................................................................................... 46

6 VIRI, LITERATURA ........................................................................................... 47

7 PRILOGE .............................................................................................................. 48

7.1 SEZNAM SLIK ................................................................................................... 48

7.2 SEZNAM PREGLEDNIC ...................................................................................... 49

7.3 NASLOV ŠTUDENTA ......................................................................................... 49

7.4 KRATEK ŽIVLJENJEPIS...................................................................................... 49

VII

UPORABLJENI SIMBOLI

A – površina prereza

Ce – koeficient izpostavljenosti

Ct – toplotni koeficient

Ea – modul elastičnosti jekla

G – strižni modul, teža na tekoči meter

I – vztrajnostni moment

It – vztrajnostni moment za neovirano torzijo

Iῳ – vztrajnostni moment za ovirano torzijo

Iv(z) – koeficient intenzitete turbolence

Mb,Rd – projektna upogibna nosilnost pri bočni zvrnitvi

My,Rk – karakteristična vrednosti upogibne nosilnosti za upogib okoli osi y-y

MEd – projektna vrednost upogibnega momenta

NRk – karakteristična vrednosti osne tlačne nosilnosti

NEd – projektna vrednost osne sile

Vpl,Rd – projektna plastična strižna nosilnost

VEd – projektna vrednost strižne sile

W – odpornostni moment

Wel,y – odpornostni elastični moment prečnega prereza

Wpl,y – odpornostni plastični moment prečnega prereza

b – širina, pomik

c0(z) – faktor hribovitosti terena

cr(z) – faktor hrapavosti terena

cpe – koeficient zunanjega tlaka

VIII

cpi – koeficient notranjega tlaka

d – premer, višina

h – višina profila

g – teža

i – vztrajnosti moment

l – dolžina, razpon

lu – uklonska dolžina

r – radij

sk – koeficient vrednosti obtežbe snega na tleh

t – debelina jeklenega profila

vb – osnovna hitrost vetra

vb,0 – vrednost projektne hitrosti vetra

vm – srednja hitrost vetra

we – zunanji pritisk obtežbe vetra

wi – notranji pritisk obtežbe vetra

γ – parcialni koeficient varnosti

ε – koeficient kompaktnosti jeklenega prereza

χ – redukcijski uklonski koeficient

q – spremenljiva obtežba

µ – oblikovni koeficient obtežbe snega

Jeklena garaža Stran 1

1 UVOD

V okviru diplomskega dela je izvedena računska analiza in dimenzioniranje enoetažne hale

dimenzij 7x20 m. Obtežbe zunanjih vplivov ter lastne in koristne obtežbe so obravnavane

po evropskih predpisih ENV 1991-1-1, 2, 3. Teoretični del diplomskega dela obsega

splošni opis posameznih delov konstrukcije hale, prikaz vplivov na konstrukcije po ENV

1991 ter dimenzioniranje jeklenih elementov po ENV 1993.

Za jeklene elemente hale je predvideno jeklo kvalitete S 235. Konstrukcija je zasnovana

kot sistem ravninskih okvirjev s fiksnimi členkastimi podporami. Za prevzem zunanjih

vplivov na fasadno konstrukcijo je po celotnem ovoju predvidena fasadna podkonstrukcija

in stebrov in nosilcev, ki pa ni predmet izračuna pri tej diplomski nalogi. Statična analiza

konstrukcije je izvedena s programom za analizo konstrukcij Ocean.

Jeklena garaža Stran 2

2 TEHNIČNO POROČILO

2.1 Splošno o objektu

V okviru diplomskega izpita je potrebno izdelati računsko analizo konstrukcije garažnega

objekta v Mariboru. Objekt je klasična jeklena enoladijska hala, tlorisnih dimenzij 7x20 m.

Strešna kritina in fasadne obloge so iz tipskih izolacijskih plošč debeline 12 cm. Kot

strešna kritina so predvideni paneli Trimoterm SNV 120, kot fasadni elementi pa fasadni

paneli Trimoterm FTV 120. Streha je simetrična dvokapnica z naklonom strešin 15

stopinj.

2.2 Opis konstrukcije

Nosilni sistem objekta je zasnovan kot jeklena konstrukcija, v celoti izdelana iz jekla S

235. Osnovni nosilni elementi konstrukcije so glavni okvirji, ki služijo za prenos vertikalne

obtežbe in horizontalne obtežbe (obtežbe vetra) v smeri prečno na objekt ter vertikalna

povezja, ki prenašajo horizontalno obtežbo v smeri vzdolž objekta. Kot sekundarni

elementi se pojavljajo strešne lege, fasadna podkonstrukcija in ostala povezja. Objekt je

temeljen na točkovnih armiranobetonskih temeljih.

Ker gre za sistem z ločenimi elementi za prenos horizontalnih obtežb v dveh pravokotnih

smereh, obravnavamo posamezne nosilne elemente kot ravninske podsisteme. V

nadaljevanju je podan podrobnejši opis obtežbe in posameznih konstrukcijskih elementov.

2.3 Obtežni primeri in kombinacije

Pri statični analizi in dimenzioniranju upoštevamo stalno obtežbo ter spremenljive obtežbe

snega in vetra. Obtežbo potresa pa ne upoštevamo.

Jeklena garaža Stran 3

STALNA OBTEŽBA

Stalno obtežbo predstavlja lastna teža konstrukcije ter stalne obtežbe strešne in fasadne

obloge, ki so pridobljene iz tehničnih katalogov proizvajalca elementov. V stalni obtežbi so

predvidene tudi obtežbe povezij, inštalacij in drugo.

OBTEŽBA SNEGA

Obtežba snega je določena v skladu s SIST EN 1991-1-3. Lokacija objekta spada v cono

A2 (po karti Slovenije za obremenitev snega), na nadmorski višini Maribora - 290 m,

karakteristična obtežba snega na tla pa znaša 1,50 kN/m2. Ob upoštevanju ustreznih

oblikovnih faktorjev znaša obtežba snega na streho 1,21 kN/m2. V analizi upoštevamo

simetrično in nesimetrično porazdelitev obtežbe snega. V prvem primeru je celotna streha

obremenjena z enakomerno (celotno) obtežbo, v drugem primeru pa je polovica strehe

obremenjena s celotno obtežbo, polovica strehe pa s polovično obtežbo in tretji primer

obratno.

OBTEŽBA VETRA

Obtežba vetra je določena v skladu s SIST EN 1991-1-4. Lokacija objekta spada v cono 1

(po karti Slovenije za obremenitev vetra), kjer znaša na nadmorskih višinah do 800 m

projektna hitrost vetra 20 m/s. Pri določitvi obtežbe vetra na zunanje površine upoštevamo

razdelitev objekta na območja A-E za vertikalne površine (fasada) in območja F-J za

strešno površino. Upoštevamo tudi delovanje vetra na notranje površine kot nadtlak oz.

podtlak po priporočenih vrednostih SIST EN 1991-1-4.

KOMBINACIJE OBTEŽB

Kombinacije obtežb posameznih vplivov določimo v skladu s SIST EN 1990. Za

dimenzioniranje pri mejnem stanju nosilnosti (MSN) upoštevamo varnostne faktorje za

kombinacije običajnih obtežb 1,35 za stalne vplive in 1,5 za spremenljive vplive. Za

dimenzioniranje pri mejnem stanju uporabnosti (MSU) upoštevamo varnostne faktorje 1,0

za stalne in spremenljive vplive. Pri kombinacijah obtežb upoštevamo tudi parcialne

faktorje »Ψ« (za vse spremenljive vplive, ki niso prevladujoči) v vrednostih 0,6 za obtežbo

vetra in 0,5 za obtežbo snega pri običajnih kombinacijah (faktor Ψ0).

Jeklena garaža Stran 4

2.4 Strešne lege in fasadna podkonstrukcija

Strešne lege so prereza IPE 200, izdelane iz jekla S 235, in potekajo vzdolž celotne hale.

Služijo za podpiranje strešne kritine. Lege so na rastru 1.8 m, kar v skladu s podatki

proizvajalca kritine zadostuje za prenos vseh obtežb vetra in snega. Strešne lege

dimenzioniramo na stalno obtežbo, obtežbo snega, ter obtežbo vetra. Statični sistem lege

upoštevamo kot kontinuirni nosilec. Lege so v vertikalni smeri podprte z glavnimi nosilci

na razdalji 5 m. Zaradi naklona strehe se v legah vsled vertikalne obtežbe pojavi dvoosni

upogib. Strešne lege sodelujejo tudi pri uklonskem varovanju – bočnem držanju gornjih

pasnic glavnih nosilcev, zato se v legah poleg dvoosnega upogiba pojavi tudi tlačna osna

sila.

Strešne lege dimenzioniramo v skladu s SIST EN 1993-1-1 na kombinacijo dvoosnega

upogiba (z nevarnostjo bočne zvrnitve) in tlačne osne sile (uklon). Pri določitvi nosilnosti

na bočno zvrnitev konservativno upoštevamo, da so lege bočno podprte le ob podporah v

glavnih nosilcih – ne upoštevamo bočne stabilizacije s strešno kritino.

Fasadna podkonstrukcija v tej nalogi ni zdimenzionirana. Predvideno je podpiranje

fasadnih panelov s prečkami na razdalji 2.5 m (kar je v skladu s podatki proizvajalca o

nosilnosti panelov za obtežbo vetra) in fasadnimi stebri. Fasadni stebri so predvideni v

vzdolžni fasadi v vsakem polju med dvema okvirjema (po 1 fasadni steber) in v čelni

fasadi na rastru 1.8 m. Pri raznosu obtežb je upoštevano, da so fasadni stebri podprti na

temelju ter na višini strehe.

2.5 Glavni okvirji

Glavni okvirji predstavljajo osnovne nosilne elemente in se pojavljajo na rastru 5 m.

Služijo za prenos vseh vertikalnih obtežb in prenos horizontalnih obtežb vetra v smeri

prečno na sleme objekta. Glavni okvir sestavljata 2 stebra prereza HEA 220, ter nosilca

prereza IPE 240. Material je jeklo S 235. Nosilec je pod naklonom 15° (v obliki simetrične

dvokapnice). V smislu statičnega sistema okvir obravnavamo kot sistem s togimi priključki

med stebri in nosilci ter členkastimi priključki stebrov na temelje. Obtežbe na okvir

določimo na podlagi prej opisanih vplivov ob upoštevanju ustreznih vplivnih območij. Na

ta način določimo obtežbe snega (simetrično in nesimetrično), vetra na zunanje površine

Jeklena garaža Stran 5

(ločeno primera, ko veter piha v smeri pravokotno na sleme objekta in ločeno za primer

vetra vzdolž slemena) in notranjega vetra (nadtlak, podtlak).

Glavne okvirje analiziramo na celotno shemo prej opisanih kombinacij obtežnih primerov

za kombinacije običajnih obtežb pri MSN in MSU. Kot prevladujočo obtežbo upoštevamo

enkrat sneg (pričakovani največji vertikalni vplivi), drugič veter (pričakovani največji

horizontalni vplivi). Analizo izvedemo po teoriji 2. reda z upoštevanjem geometrijske

nepopolnosti. Nepopolnost upoštevamo v obliki deformiranega okvirja. Dimenzioniranje

izvedemo za merodajne kombinacije v skladu s SIST EN 1991-1-1.

Pri MSN v elementih nosilca preverimo strižno nosilnost (ki po pričakovanju ni

merodajna) in nosilnost na kombinacijo tlačne in upogibne obremenitve ob upoštevanju

nevarnosti uklona in bočne zvrnitve. Pri dimenzioniranju stebrov upoštevamo, da sta

uklonska dolžina za uklon okoli močne osi in razdalja med bočnimi podporami (preprečena

zvrnitev) enaki celotni dolžini stebra, pri uklonu okoli šibke osi pa upoštevamo enako

uklonsko dolžino, saj so stebri v tej smeri na višini 5 m. Pri dimenzioniranju nosilca pa

upoštevamo, da je nosilec bočno pridržan s strešnim povezjem, razdalja med bočnimi

podporami in uklonska dolžina za uklon okrog šibke osi tako znaša 1.8 m. Za uklonsko

dolžino okoli močne osi nosilca pa privzamemo celotno dolžino nosilca.

Pri MSU preverimo največje vertikalne in horizontalne pomike.

2.6 Povezja

Izmed povezij je predvideno strešno povezje ter vertikalno povezje.

STREŠNO POVEZJE

Prečno strešno povezje služi kot podpora fasadnim stebrom v čelni fasadi oz. prevzema

obtežbo vetra s čelne fasade in jo prenaša na vertikalna povezja, ki predstavljajo podpore

strešnemu povezju. Poleg tega prečno povezje uklonsko varuje zgornje pasnice glavnih

nosilcev oz. predstavlja bočne podpore nosilca. Povezje zato dimenzioniramo na

kombinacijo obtežbe vetra.

Jeklena garaža Stran 6

Povezje predvidimo v obliki križnih diagonal Ø20 mm (S 235) v prvem in zadnjem polju

hale. Diagonale potekajo preko dveh polj strešnih leg, razdalja med vozlišči povezja torej

znaša 1.8 m. Pri statični analizi upoštevamo samo tegnjene diagonale.

VERTIKALNO POVEZJE

Vertikalna povezja služijo kot podpore strešnim povezjem (služijo za prenos obtežbe vetra

na čelne fasade), uklonsko stabilizirajo stebre glavnega okvirja (za uklon okoli šibke osi).

Vertikalna povezja predvidimo kot sisteme križnih diagonal v vseh štirih vogalnih poljih

med glavnimi stebri. Posamezen sistem sestavlja polje (2 diagonali) z vozlišči na dnu

stebra in na vrhu stebra. Na vrhu stebra na višini 5 metrov se pojavi še tlačni element –

horizontala, izdelana iz profila IPE 100 (S 235). Pri statični analizi upoštevamo le tegnjeni

diagonali.

Povezje dimenzioniramo na prej opisane obtežbe, pri čemer obtežba vetra povzroča tudi

upogib stebra okoli šibke osi in dodatno tlačno silo v glavnem stebru. Izkaže se, da ima

dodatni vpliv zanemarljiv vpliv na nosilnost stebra.

2.7 Računska analiza

Elemente jeklene garaže, to je lege, okvirje in povezja smo izračunali s pomočjo metodo

končnih elementov računalniškega programa OCEAN verzije 10.02, prof. Branka

Bedenika po teoriji Ι. reda.

Jeklena garaža Stran 7

3 ANALIZA OBTEŽB

3.1 Stalna obtežba

STREHA:

Strešna kritina, izolacija 0.30 kN/m2

Lege in povezje 0.20 kN/m2

Skupaj: 0.50 kN/m2

STEBRI

Teža fasadne pločevine 0.30 kN/m2

Prečke 0.20 kN/m2

Skupaj: 0.50 kN/m2

Stalna obtežba na okvir hale:

Streha:

Steber:

Slika 3.1: Stalna obtežba na okvir

Jeklena garaža Stran 8

3.2 Spremenljiva obtežba snega

Podatki za obtežbo snega so vzeti iz standarda ( SIST EN 1991-1-3)

oblikovni koeficient obtežbe snega

koeficijent izpostavljenosti

toplotni koeficijent

karakteristična obtežba snega na tleh

Cona A2, nadmorska višina 350m; (SIST EN 1991-1-3:2004)

- oblikovni koeficient za dvokapnico

Slika 3.2: Spremenljiva obtežba snega (simetrična)

Jeklena garaža Stran 9

Slika 3.3: Spremenljiva obtežba snega (nesimetrična)

3.3 Spremenljiva obtežba vetra

Obtežba vetra je preračunana s standardom (SIST EN 1991-1-4:2005)

gostota zraka

hitrost vetra

referenčna hitrost vetra

zunanji vpliv

sunek vetra

Faktor izpostavljenosti je določen s pomočjo diagrama faktorja izpostavljenosti v SIST EN

1991-1-4 : III kategorija terena in višina faktor znaša:

Jeklena garaža Stran 10

Veter na vzdolžno fasado:

- dolžina hale

- širina hale

- višina hale v slemenu

Razdelitev vetra na področja dolečen s SIST EN 1991-1-4:2005

Slika 3.4: Razdelitev vertikalnih sten na področja

Slika 3.5: Razdelitev dvokapne strehe na področja smer 0o

Jeklena garaža Stran 11

Tabela 3.1: Karakteristične obtežbe vetra 00

območje SKUPAJ

OBTEŽBA NA OKVIR (vplivno območje 5 metrov)

Jeklena garaža Stran 12

Slika 3.6: Spremenljiva obtežba vetra na vzdolžno fasado in streho

Slika 3.7: Spremenljiva obtežba vetra na streho

Veter na prečno fasado:

- dolžina hale

- širina hale

- višina hale

Jeklena garaža Stran 13

Razdelitev vetra na področja določen s SIST EN 1991-1-4:2005 .

Slika 3.8: Razdelitev vertikalnih vzdolžnih sten

Slika 3.9: Razdelitev dvokapne strehe na področja smer 90o

Jeklena garaža Stran 14

Tabela 3.2: Karakteristične obtežbe vetra 900

območje SKUPAJ

OBTEŽBA NA OKVIR (vplivno območje 5 metrov)

Slika 3.10: Spremenljiva obtežba vetra na fasado

Jeklena garaža Stran 15

NOTRANJE DELOVANJE VETRA

Razdelitev vetra na področja določena s SIST EN 1991-1-4:2005

- najneugodnejša vrednost notranjega tlaka

Slika 3.11: Notranje delovanje vetra (srk)

Slika 3.12: Notranje delovanje vetra (tlak)

Jeklena garaža Stran 16

3.4 Obtežne kombinacije

MSN

Stalne in spremenljive obtežne kombinacije:

Ψ

MSU

Karakteristične obtežne kombinacija:

Ψ

Jeklena garaža Stran 17

4 DIMENZIONIRANJE

4.1 Strešna lega

Razdalja med legami: e = 1.80 m

Slika 4.1: Skica strešnih leg na nosilcu

Jeklena garaža Stran 18

4.1.1 Obtežbe

Stalna obtežba (G):

°

°

Obtežba snega (S):

°

°

Obtežba vetra (W):

obtežni primer F (cona I) 0.139 kN/m2 · 1.8 m = 0.250 kN/m'

obtežni primer J 0.521 kN/m2 · 1.8 m = 0.938 kN/m'

Obtežna kombinacija za izračun NSK:

Jeklena garaža Stran 19

4.1.2 Statični izračun

Slika 4.2: Diagram momentov v y-smeri

Slika 4.3: Diagram prečnih sil v y-smeri

Jeklena garaža Stran 20

Slika 4.4: Diagram upogibnih momentov v z-smeri

Slika 4.5: Diagram prečnih sil v z-smeri

Maksimalne vrednosti:

My = -14.79 kNm

Mz = -3.19 kNm

Vz = -16.76 kN

Vy = -3.61 kN

Jeklena garaža Stran 21

4.1.3 Dimenzioniranje po MSN

KLASIFIKACIJA PREREZA:

Izberemo IPE 200; jeklo: S 235 (fy = 23.5 kN/cm2; ε = 1.0)

h = 200 mm

b = 100 mm

tw = 5.6 mm

tf = 8.5 mm

r = 12.0 mm

A = 28.5 cm2

Iy = 1940.0 cm4

Wel,y = 194.0 cm3

iy = 8.26 cm

Iz = 142.0 cm4

Wel,z = 28.5 cm3

iz = 2.24 cm

Wpl,y = 221.0 cm3

Wpl,z = 44.6 cm3

It = 6.98 cm4

Iω = 12990.0 cm6

Klasifikacija stojine:

Pogoj za stojino v 1. razredu:

Jeklena garaža Stran 22

Klasifikacija pasnice:

Pogoj za pasnico v 1. razredu:

Prerez je v 1. razredu.

ODPORNOST PREREZA NA UPOGIBNI MOMENT:

Okoli y osi:

Okoli z osi:

Jeklena garaža Stran 23

STRIŽNA ODPORNOST PREREZA:

V smeri z-z osi:

V smeri y-y osi:

ODPORNOST NOSILCA KOT CELOTE

Jeklena garaža Stran 24

Izračun χLT (bočna zvrnitev):

G = 8076.92 kN/cm2

C1 = 1.285

C2 = 1.562

zg = h/2 = 20/2 = 10.0 cm

E = 21000 kN/cm2

L = 500 cm

k = kw = 1.0

Mcr elastični kritični moment

Jeklena garaža Stran 25

cmy, cm,LT

Ψ = 0

cmz

Ψ = 0

Elementi občutljivi na torzijske deformacije:

kyy:

kzz:

kyz:

Jeklena garaža Stran 26

kzy:

PREREZ USTREZA DANI OBREMENITVI.

4.1.4 Dimenzioniranje po MSU

Slika 4.6: Diagram pomikov

Obtežna kombinacija za poves nosilca:

udop = L/200 = 250/200 = 1.25 cm

unosilca = 0.84 cm < 1.25 cm, izračunano z računalniškim programom OCEAN

Jeklena garaža Stran 27

4.2 Glavni okvir

4.2.1 Statični izračun

Slika 4.7: Diagram osnih sil glavnega okvirja

Slika 4.8: Diagram prečnih sil glavnega okvirja

Jeklena garaža Stran 28

Slika 4.9: Diagram momentov glavnega okvirja

Maksimalna osna sila v nosilcu: NEd = -15.10 kN

Maksimalna prečna sila v nosilcu: VEd = -30.70 kN

Maksimalni moment v nosilcu: My,Ed = -33.20 kNm

Osna sila na sredini nosilca: NEd = -6.90 kN

Prečna sila na sredini nosilca: VEd = -6.10 kN

Maksimalni moment na sredini nosilca: My,Ed = 24.30 kNm

Maksimalna osna sila v stebru: NEd = -33.60 kN

Maksimalna prečna sila v stebru: VEd = 7.20 kN

Maksimalni moment v stebru: My,Ed = 33.20 kNm

Jeklena garaža Stran 29

4.2.2 Dimenzioniranje okvirja

Ugotavljanje pomičnosti okvirja:

Za steber smo si izbrali profil HEA 220, za nosilec pa IPE 240

Tabela 4.1 Karakteristike izbranih profilov

Element I [cm4] L [cm] k' = I/L [cm

3]

HEA 220 5410 500 10.82

IPE 240 3890 700 5.56

č

č

Jeklena garaža Stran 30

STEBER

Izberemo HEA 220; jeklo: S 235 (fy = 23.5 kN/cm2; ε =1)

h = 210 mm

b = 220 mm

tw = 7 mm

tf = 11.0 mm

r = 18.0 mm

A = 64.0 cm2

Iy = 5410.0 cm4

Wel,y = 515.0 cm3

iy = 9.17 cm

Iz = 1950.0 cm4

Wel,z = 178.0 cm3

iz = 5.51 cm

Wpl,y = 568.0 cm3

Wpl,z = 271.0 cm3

It = 28.50 cm4

Iω = 193300.0 cm6

Klasifikacija stojine:

Jeklena garaža Stran 31

Klasifikacija pasnice:

Pogoj za pasnico v 1. razredu:

Prerez je v 1. razredu.

ODPORNOST PREREZA NA UPOGIBNI MOMENT:

Okoli y osi:

STRIŽNA ODPORNOST PREREZA:

V smeri z-z osi:

Jeklena garaža Stran 32

ODPORNOST PREREZA NA TLAČNO OSNO SILO

ODPORNOST NOSILCA KOT CELOTE:

Izračun uklonskih koeficientov okoli y-y osi:

Izračun uklonskih koeficientov okoli z-z osi:

Jeklena garaža Stran 33

Izračun χLT (bočna zvrnitev):

G = 8076.92 kN/cm2

C1 = 1.55

C2 = 0.06

zg = h/2 = 21/2 = 10.5 cm

E = 21000 kN/cm2

L = 500 cm

k = kw = 1.0

Jeklena garaža Stran 34

Mcr elastični kritični moment

kc = 0.91

cm,LT

Ψ = 0

cmz

Jeklena garaža Stran 35

Elementi občutljivi na torzijske deformacije:

kyy:

kzz:

kyz:

kzy:

PREREZ USTREZA DANI OBREMENITVI

Jeklena garaža Stran 36

NOSILEC

Izberemo IPE 240; jeklo: S 235 (fy = 23.5 kN/cm2; ε = 1)

h = 240 mm

b = 120 mm

tw = 6.2 mm

tf = 9.8 mm

r = 15.0 mm

A = 39.1 cm2

Iy = 3890.0 cm4

Wel,y = 324.0 cm3

iy = 9.97 cm

Iz = 284.0 cm4

Wel,z = 47.3 cm3

iz = 2.69 cm

Wpl,y = 367.0 cm3

Wpl,z = 73.9 cm3

It = 12.90 cm4

Iω = 37390 cm6

Klasifikacija stojine:

Klasifikacija pasnice:

Pogoj za pasnico v 1. razredu:

Jeklena garaža Stran 37

Prerez je v 1. razredu prereza.

ODPORNOST PREREZA NA UPOGIBNI MOMENT:

Okoli y osi:

STRIŽNA ODPORNOST PREREZA:

V smeri z-z osi:

ODPORNOST PREREZA NA TLAČNO OSNO SILO

Jeklena garaža Stran 38

ODPORNOST NOSILCA KOT CELOTE:

Izračun uklonskih koeficientov okoli y-y osi:

Izračun uklonskih koeficientov okoli z-z osi:

Jeklena garaža Stran 39

Izračun χLT (bočna zvrnitev):

G = 8076.92 kN/cm2

C1 = 2.578

C2 = 1.554

zg = h/2 = 24/2 = 12.0 cm

E = 21000 kN/cm2

L = 250 cm

k = kw = 1.0

Mcr elastični kritični moment.

Jeklena garaža Stran 40

kc = 0.90

cmy, cm,LT

Ψ = -0.73

cmz

Elementi občutljivi na torzijske deformacije:

kyy:

Jeklena garaža Stran 41

kzz:

kyz:

kzy:

PREREZ USTREZA DANI OBREMENITVI.

Jeklena garaža Stran 42

4.2.3 Dimenzioniranje po MSU

Slika 4.10: Diagram pomikov (dominanten sneg)

Slika 4.11: Diagram pomikov (dominanten veter)

Jeklena garaža Stran 43

Najbolj neugodna kombinacija za nosilec:

udop = L/200 = 700/200 = 3.5 cm

unosilca = 1.36 cm < 3.5 cm

Najbolj neugodna kombinacija za steber:

udop = H/150 = 500/150 = 3.33 cm

ustebra = 3.39 cm < 3.33 cm

4.3 Povezja

4.3.1 Prečno strešno povezje

Slika 4.12: Diagram osnih sil pri strešnem povezju

Prečno strešno povezje prevzema obtežbo iz čelne fasade in za bočno varovanje gornje

pasnice nosilcev glavnega okvirja. Povezje predvidimo v prvem in zadnje polju hale.

Povezje smo obremenili z reakcijo zgornje podpore fasadnih stebrov. Ta znaša 2.29 kN.

F = 2 3 2 + 0.104) = 2.293 kN

Jeklena garaža Stran 44

PREVERITEV NATEZNIH NAPETOSTI V ZATEGI

Izberemo zatego 20 mm in navoj M16, S 235

- Vijak M16

Natezna odpornost vijaka:

Natezna odpornost polnega preseka palice:

Prerez diagonale je izkoriščen 8.9%.

4.3.2 Povezje v med stebri v vzdolžni smeri

Slika 4.13: Diagram osnih sil povezja v vzdolžni smeri

Jeklena garaža Stran 45

Za obtežbo vzamemo obtežbo vetra, na čelno steno hale

F = 3.5 2 + 0.104) = 8.022 kN

PREVERITEV NATEZNIH NAPETOSTI V ZATEGI

Izberemo zatego 20 mm, S235.

Prerez diagonale je izkoriščen 44%.

Jeklena garaža Stran 46

5 ZAKLJUČEK

Izvedena je računska analiza in dimenzioniranje jeklene hala tlorisne velikosti 7x20 m.

Obtežbe zunanjih vplivov ter lastne in koristne obtežbe so obravnavane po evropskih

predpisih ENV 1991-1-1, 2, 3. Jekleni elementi hale so dimenzionirani po predpisih ENV

1993. Za jeklene elemente hale je predvideno jeklo kvalitete S 235. Konstrukcija je

zasnovana kot sistem ravninskih okvirjev s fiksnimi členkastimi podporami. Za prevzem

zunanjih vplivov na fasadno konstrukcijo je po celotni oblogi predvidena fasadna

podkonstrukcija iz stebrov in nosilcev. Za zagotovitev stabilnosti v posameznih ravninah

so predvidena horizontalna prečna in vertikalna povezja.

Iz rezultatov dimenioniranja ugotavljamo, da izbrane dimenzije konstrukcijskih elementov

jeklene hale ustrezajo vsem pogojem po standardu SIST EN 1993-1-1 in so dovolj

konstrukcijsko odporne po mejnem stanju nosilnosti ter uporabne po mejnem stanju

uporabnosti.

Jeklena garaža Stran 47

6 VIRI, LITERATURA

vrsta dela citiranje v

tekstu

seznam citiranih virov

EUROCODE

1

(Osnove

projektiranja

in vplivi na

konstrukcije)

SIST EN 1991 2005 – Osnove projektiranja in vplivi na

konstrukcije, 2005

EUROCODE

3

(Projektiranje

jeklenih

konstrukcij)

SIST EN 1993:2005 – Projektiranje jeklenih konstrukcij:

Splošna pravila in pravila za stavbe, 2005

Spletna stran Trimo http://www.trimo.si/; [14.09.2012]

Stojan

Kravanja

Zapiski iz

predavanj

Zapiski pri predmetu Jeklene konstrukcije

Jeklena garaža Stran 48

7 PRILOGE

7.1 Seznam slik

Slika 3.1: Stalna obtežba na okvir ......................................................................................... 7

Slika 3.2: Spremenljiva obtežba snega (simetrična) ............................................................. 8

Slika 3.3: Spremenljiva obtežba snega (nesimetrična).......................................................... 9

Slika 3.4: Razdelitev vertikalnih sten na področja .............................................................. 10

Slika 3.5: Razdelitev dvokapne strehe na področja smer 0o ............................................... 10

Slika 3.6: Spremenljiva obtežba vetra na vzdolžno fasado in streho .................................. 12

Slika 3.7: Spremenljiva obtežba vetra na streho ................................................................ 12

Slika 3.8: Razdelitev vertikalnih vzdolžnih sten ................................................................ 13

Slika 3.9: Razdelitev dvokapne strehe na področja smer 90o ............................................ 13

Slika 3.10: Spremenljiva obtežba vetra na fasado ............................................................. 14

Slika 3.11: Notranje delovanje vetra (srk) ......................................................................... 15

Slika 3.12: Notranje delovanje vetra (tlak) ........................................................................ 15

Slika 4.1: Skica strešnih leg na nosilcu ............................................................................... 17

Slika 4.2: Diagram momentov v y-smeri ............................................................................ 19

Slika 4.3: Diagram prečnih sil v y-smeri ............................................................................. 19

Slika 4.4: Diagram upogibnih momentov v z-smeri ........................................................... 20

Slika 4.5: Diagram prečnih sil v z-smeri ............................................................................. 20

Slika 4.6: Diagram pomikov ............................................................................................... 26

Slika 4.7: Diagram osnih sil glavnega okvirja .................................................................... 27

Jeklena garaža Stran 49

Slika 4.8: Diagram prečnih sil glavnega okvirja ................................................................. 27

Slika 4.9: Diagram momentov glavnega okvirja ................................................................. 28

Slika 4.10: Diagram pomikov (dominanten sneg) ............................................................... 42

Slika 4.11: Diagram pomikov (dominanten veter) .............................................................. 42

Slika 4.12: Diagram osnih sil pri strešnem povezju ............................................................ 43

Slika 4.13: Diagram osnih sil povezja v vzdolžni smeri ..................................................... 44

7.2 Seznam preglednic

Tabela 3.1: Karakteristične obtežbe vetra 00 ....................................................................... 11

Tabela 3.2: Karakteristične obtežbe vetra 900 ..................................................................... 14

Tabela 4.1 Karakteristike izbranih profilov ......................................................................... 29

7.3 Naslov študenta

Nejc Marič

Boreci 29

9242 Križevci pri Ljutomeru

Tel.: 031 440 300

e-mail: nejc.pyr@gmail.com

7.4 Kratek življenjepis

Rojen: 7. 7. 1988, Murska Sobota

Šolanje: 1995 – 2003 osnovna šola Križevci pri Ljutomeru

2003 – 2007 srednja šola – gimnazija Murska Sobota