calcul hala deschidere 20m
TRANSCRIPT
UNIVERSITATEA DE NORD BAIA MARE
FACULTATEA DE RESURSE MINERALE SI MEDIU
SECTIA CONSTRUCTII CIVILE INDUSTRIALE SI AGRICOLE
HALA INDUSTRIALA IN
CONSTRUCTIE METALICA
PROIECT TEHNIC
ANUL IV Sem. I
Intocmit student : Mihut Cristian
Indrumator de proiect: Ing. Fodor Remus
Ianuarie 2011
Hala metalicaUBM - CCIA
TEMA DE PROIECTARE
Sa se proiecteze executia unei hale industriale in constructie metalica, cu inchideri din panouri, pe pereti laterali si pe acoperis.
Date tehnice
- Zona de amplasare Sibiu
- Deschidere 20 m
- Lungime 90 m
- Inaltime stalp 6m
- Panta acoperisului 6%
- Travee 9 m.
Page 2 of 25
Hala metalicaUBM - CCIA
BORDEROU
Piese scrise
1. Coperta
2. Tema de proiectare
3. Borderou
4. Memoriu tehnic
5. Breviar de calcul
Piese desenate
6. Plan general hala
7. Plan cadru curent
8. Stalp cadru curent
9. Rigla cadru curent
Page 3 of 25
Hala metalicaUBM - CCIA
MEMORIU TEHNIC
1.1. Alegerea solutiei constructive
In baza temei de proiectare rezulta urmatoarele date necesare pentru intocmirea proiectului:
- clasa de importanta: III (cf. P100-92 - constructii de importanta normala)
- zona seismica: F (cf. P100-92)
- zona climatica: - vant A (cf. STAS 10101/20-90 )- zapada A (cf. STAS 10101/21-92)
Avand in vedere dimensiunile geometrice ale structurii, dispunerea traveelor, a stalpilor si a riglelor s-a facut in functie de planul constructiei, astfel incat sa rezulte solicitari de incovoiere minime pentru o dimensionare optima. Pentru dimensionare se va studia fiecare element in parte, luand in calcul solicitarile maxime ale elementelor ce urmeaza a fi proiectate.
1.2. Necesitatea investitiei
Conform temei de proiectare costurile investitiei vor fi suportate de catre beneficiar.
Hala, care se va proiecta, va avea ca destinatie depozitarea si stocarea de materii prime si materiale de constructii.
In functie de zona de amplasare a constructiei se va avea in vedere potentialul seismic (ag = 0.16, Tc = 0.7 s) si incarcarea specifica climatic din zapada (sok = 1.5 kN/m2) si vant.
Page 4 of 25
Hala metalicaUBM - CCIA
BREVIAR DE CALCUL
1. Evaluarea incarcari climatice
1.1. Actiunea vantului
Presiunea vantului la inaltimea z deasupra terenului se determina cu relatia:
w(z) = qref · ce(z) · cp
unde:qref – presiunea de referinta a vantuluice(z) – factorul de expunere la inaltimea z deasupra terenuluicp – coeficient aerodinamic (cpe – pentru suprafete exterioare si cpi – pentru suprafete interioare)
Inaltimea la coama:z = 7.2 m
Deschiderea halad = 20 m
Inaltimea halah = 7.2 m
Traveea haleiT = 9 m
Lungimea halaL = 10 x T = 10 x 9= 90 m.
Presiunea de referinta a vantului (pentru zona Brasov)qref = 0.5 kPa
Factorul de expunere (diagrama fig.5 din Reglementari tehnice NP 082-04) ptr zona urbana cu densitate redusa si considerand factorul tpografic Ct(z)=1.0 se obtine:
ce(5)=1.28
Coeficienti aerodinamiciAcestia depind de geometria si dimensiunile constructiei, unghiul
de atac al vantului, categoria de rugozitate a suprafetei terenului la baza constructiei.
Page 5 of 25
Hala metalicaUBM - CCIA
a. Pereti:Coeficientii de presiune se stabilesc pentru diferite zone ale
constructiei functie de:
-raportul
-cazul d > ed < e
unde : e = min (b, 2h) = min (90,14.4)d = 22 > e = 10.4
Se obtine:cpe(D) = +0.7 cpe(E) = -0.3
b. AcoperisAcoperisul va fi cu doua pante
Pentru un cadru curent, coeficientii aerodinamici (cp) sunt prezentati astfel:
w= qref · ce(z) · cpe · T = 0.5 · 1.28 · 9· cpe = 5.76 cpe kN/m
Incarcarile unui cadru tranversal curent produse de actiunea vantului (w) sunt prezentate astfel:
1.2. Actiunea zapezii
Valoarea caracteristica a incarcarii din zapada pe acoperis, sk, se determina cu relatia:
sk = μi · ce · ct· s0k
Page 6 of 25
Hala metalicaUBM - CCIA
unde:sok – valoarea caracteristica a incaperii din zapada pe solμi – coeficient de forma pentru incarcarea din zapada pe acoperisce – coeficient de expunere al amplasamentului constructieict – coeficient termic
Valoarea caracteristica a incarcarii din zapada pe sol, pentru zona Sibiu ese:
sok = 1.5 kN/m2
Pentru expunere partiala ce = 1.0 iar pentru acoperisuri cu termoizolatii uzuale coeficient termic ct = 1.0.
Coeficenti de forma
Distributia coeficientilor de forma μ1 si μ2 pentu incarcarea din zapada pe acoperisurile cu doua pante:
Pentru α = 6º - respectiv 0º < α < 30º se obtine:μ1 = 0.8μ2 = 0.8+0.8 (α/30) = 0.96
µ1
µ2
0.5µ1
0.5µ1
µ2
In acest caz pentru travee T = 6 m rezulta:
z1 = µ1·s0k·T z1 = 0.8·1.5·9 = 10.8 kN/m
z2 = µ2·s0k·T z2 = 0.88 ·1.5 ·9 = 11.88 kN/m
Se obtin ipotezele de incarcare prezentate astfel:
Page 7 of 25
Hala metalicaUBM - CCIA
9.6 kN/m
11.52 kN/m
4.8 kN/m11.52 kN/m
4.8 kN/m
1.3 Evaluarea fortei seismic
Conform normativului P100/2006, functie de regularitatea structurii, structura de rezistenta a constructiei se incadreaza in unul din cele 4 cazuri, indicandu –se si simplificarea de calcul admisa, calcul elastic liniar precum si orecizia factorului de comportare.
Pentru constructia analizata, hala parter cu 1 deschidere, care prezinta regularitate in plan si pe verticala, se propune efectuarea unei analize de cadru plan, in care influenta seismului asupra constructiei se poate obtine prin incarcarea seismului structural, cu o forta laterala de proiectare.
Forta taietoare la baza, corepsunzatoare modului propriu fundamental, pentru fiecare directie orizontala principala, se detrmina cu formula:
Fb = γ1 · Sd(T1) · m ·λUnde:
γ1 – factorul de importanta al constructiei (γ1 = 1.0 – pentru cladiri de tip curent – clasa de importanta III)
Sd(T1) – ordonata spectrului de proiectare, corespunzatoare perioadei fundamentale T1;
Pentru Sighet: Tc = 0.7 sag = 0.16 gTB = 0.07 sTD = 3 sΒ(T) = 2.75S=1
Pentru TB <T<Tc
Page 8 of 25
Hala metalicaUBM - CCIA
T1 – perioada proprie fundamentala de vibratie a cladirii in planul ce contine directia orizontala considerate
T1=ct H3/4 = 0.085 · 63/4 = 0.7 s
m – masa totala a cladiriiλ – factor de corectie care tine seama de contributia fiecarui mod
propriu fundamental prin masa modulara efectiva asociata acestuia, ale carui valori sunt:
λ = 0.85 daca T1≤Tc si cladirea are mai mult de doua niveluriλ = 1 – in celelalte cazuri (in acest caz cladirea fiind cu un nivel)q – factorul de comportare al structurii, iar valoarea lui se stabileste
functie de tipul structurii si capacitatea acesteia de disipare a energieiPentru structuri metalice parter, tip cadru cu o deschidere,
necontravantuita, cu stalpi articulati in fundatii si clasa de ductilitate M (medie) q = 2.5
Dupa efectuarea inlocuirilor forta seismica la baza structurii se obtine:
Pentru o travee curenta suprafata construita este:
S =9 x 20 = 180mpPentru a calcula masa totala luam in calcul:-greutate proprie=40kg/mp-greutate instalatii=30kg/mp-greutate pane si invelitoare=30kg/mp-greutate zapada=64kg/mp.Total=164kg/mp.Greutatea unui cadru:164kg/mp·132mp=26640kg.Rezulta forta seismica asociata unui cadru tranversal:
Fb = 0.17 · G = 0.17· 26640 = 4688.6 daN = 46.8 kN.Avand in vedere distributia maselor in structura se propune
efectuarea calculul static in gruparea speciala, cu considerarea fortei seismice la nivelul nodului (rigla – stalp), cu valoarea:
kN.
Page 9 of 25
Hala metalicaUBM - CCIA
2. Analiza Globala a elementelor
Se propun sectiunile pentru stalp si rigla. Pentru evaluarea incarcarilor, pentru un cadru transversal curent, exceptie cele de pe capete, analiza incarcarilor s-a efectuat in programul de calcul AXISVM10 versiune student.
Pentru fiecare element component al cadrului in cauza a fost predimensionata sectiunea caracteristica conform cerintelor si criteriilor de proiectare.
2.1. Calcul stalp
2.1.1. Datele tehnice ale stalpului
Materialul stalpului: S235Lungime stalp L=6 m
Se alege stalp cu sectiune variabila in forma de I sau H din table subtiri imbinate prin sudura continua, astfel:
- Sectiune la baza stalpului:h=25 cm;b=25 cmtw=1.0 cmtf=1.6 cm
- Sectiune la capul stalpului:h=80 cm;b=25 cmtw=1.0 cmtf=1.6 cm
VEd= 117.23 KN NEd=240.72 KN MEd= 735.9 KN·m2.1.2. Calculul clasei sectiunii
1. Capul stalpului – sectiunea este solicitata la compresiune si incovoiere
Talpa comprimata
rezulta talpa este clasa1
conf tab 1.1.b pag11
Page 10 of 25
Hala metalicaUBM - CCIA
Inima solicitata la compresiune si incovoiere
Aw = hw · tw Aw = (80-2 · 1.6)·1=76.8Ax = 156.79 cm2 aria sectiunii inimii
fy = 235 N/mm2
Pentru rezulta
nu verifica 1-conf tab 1.1.a
pag10
186.012350166
2400021
2−>−=−
⋅⋅=−
⋅=
yw
Ed
fA
Nψ .
.364.107)28.0(33.067.0
42
33.067.0
42clasa
t
c −=⋅+
=+
≤ψ
ε
Clasa sectiunii stalpului=max.(clasa talpii comprimate;clasa inimii) = clasa 3
Calculele se vor efectua in continuare folosind Abrut - aria bruta si Wel y
Verificarea sectiunii stalpului se va face la varf pentru rezistenta la incovoiere cu efort axial si la voalare din forfecare.
2.1.3. Verificarea sectiunii la incovoiere cu efort axial
Conditia de verificare este
verifica.
aria bruta a sectiunii
2.1.4. Verificarea la valoarea din forfecare
Page 11 of 25
Hala metalicaUBM - CCIA
Placile pentru care:
se vor verifica la voalare din forfecare.
in cazul nostru η=1,20
.94.088.0
83.083.008.1
83.088.0
4.86
8.76
4.86==⇒<<⇒==
⋅⋅=
w
www
w t
h
λχλ
ηελ
KNthf
VM
wwyww
Rdbw 48.9793
8.76235094.0
3 1
. =⋅⋅=⋅
⋅⋅⋅=
γ
χ
2.1.4.a.Verificarea la forfecare
.4.12501
)3/2350(1.92)3/(1
0..
.
KNfA
VVV
V
M
yv
RdplRdcRdc
Ed ====⇒≤γ
216.9218.762.1 cmthA wwv =⋅⋅==η
→deoarece RdplEd VV .5.0< efectul fortei taietoare se
neglijeaza.
2.1.5. Verificarea la flambaj
Verificarea sectiunii stalpului la flambaj se va face in o sectiune situate la 1/3 din innaltimea stalpului, la distanta de 1.33 m fata de baza stalpului.
Page 12 of 25
Hala metalicaUBM - CCIA
NEd= 240.72 KNVEd= 117.23KN MEd= 735.9 KN·m
Conditiile de verificare a sectiunii la flambaj sunt:
2.1.5.1. Flambaj fata de axa y – y
inaltime stalp
μ se va alege in functie de β
β = 0 rezulta µ =2β = 1 rezulta µ =2.6β = 2 rezulta µ =3.2
η este 0,5 pentru cadre cu noduri deplasabile
Valori citite din axis la o treime din inaltimea stalpului raportat la baza acestuia.Noua sectiune a stalpului are h=46.6 si noua sectiune a grinzii are h=33.37cm.
Page 13 of 25
Hala metalicaUBM - CCIA
Ir = 7927.7 cm4
Is= 7424.4 cm4
ls = 600 cm lungime stalp lr = 1000 cm lungime rigla
Pentru β=0.88 prin interpolare rezulta lfl/hs=2.28
aria stalp la 1 / 3 Iy=40168.3 Iz=4170.3
Iw =1810182 Wel=1855.3 Wpl=2270
fy = 235 N/mm2
Din curba `` b`` rezulta
2.1.5.2. Flambaj fata de axa z – z
fy = 235 N/mm2
Page 14 of 25
Hala metalicaUBM - CCIA
Din curba `` c`` rezulta
2.1.5.3. Flambaj lateral
C1=1,14-pentru moment variabil intredoua rigle
Iz=4170 cm4 – valoare citita din Axis
Iw=1810182 cm6 – valoare citita din Axis
Lcr.LT=2 m
G=8.1·104 modul de elasticitate transversal
It=80.4 moment de inertie perpendicular pe directia grinzii.
2.97)18.866.1252(3
1 33 =⋅+⋅⋅=tI
cm3
Din curba `` d`` rezulta .
Page 15 of 25
Hala metalicaUBM - CCIA
Coeficientii kyy si kzy
⋅
+=1/
6.01MRky
Edymyyy N
NCk
γχλ
Din Anexa B – SR EN 1993 – 1 – 1 tabelul B.3 rezulta
]
.29.123508.1569.0
240006.019.0 =
⋅⋅+=
MRk=Wy.el·fy=9440890 daNcm.
NRk=Aeff·fy=156.8·2350=368456.5daN.
Verificarea la flambaj
Page 16 of 25
Hala metalicaUBM - CCIA
Sectiunea stalpului este corect dimensionata la flambaj.
2.2. Calculul rigla vutata
2.2.1. Datele tehnice ale riglei transversale
Materialul: S235Lungime L=20 m - deschiderea halei
Se alege rigla vutata cu sectiune variabila in forma de I sau H din table subtiri imbinate prin sudura continua, astfel:- Sectiunea riglei la capul stalpului:
h=80 cm;b=25 cmtw=1.0 cmtf=1.6 cm
- Sectiunea riglei la terminarea vutei si a riglei cu sectiune constanta:h=40 cm;b=25 cmtw=1.0cmtf=1.6 cmL1 = 4.5 m – lungimea vutata la stalp a riglei.
NEd=-232.6 KN VEd=-216.9 KN MEd= -738.5 KN·m2.2.3. Calculul clasei sectiunii riglei
a) Talpa comprimata
rezulta talpa este clasa1 1-
conf tab 1.1.b pag11.
b) Inima solicitata la compresiune si incovoiere
Page 17 of 25
Hala metalicaUBM - CCIA
Ax = 156.8 cm2 aria sectiunii inimiify = 235 N/mm2
Pentru rezulta
nu verifica 1-conf tab 1.1.a
pag10
-pentru clasa 3 187.0123508.156
1006.23221
2−>−=−
⋅⋅⋅=−
⋅=
yx
Ed
fA
Nψ
9.109288.067.0
42
33.067.0
42 =+
=+
≤ψ
εt
c verifica→clasa 3.
Clasa sectiunii riglei=max.(clasa talpii comprimate;clasa inimii) = clasa 3Calculele se vor efectua in continuare folosind Abrut - aria bruta si Wel y.
2.2.4. Evaluarea rezistentelor sectiunii
2.2.4.1. Rezistenta sectiunii transversale la incovoiere monoaxialaCapacitatea portanta a sectiunii transversale la incovoiere
monoaxiala pentru sectiuni clasa 3 se calculeaza astfel:Wy el = 4017.4 cm4
γM0 = 1
Mc Rd = 4017.4·2350=944.08 KNm
.
Sectiunea rezista la incovoiere monoaxiala.
2.2.4.2. Rezistenta sectiunii transversale la forta taietoareValoarea de calcul a rezistentei plastice la forfecare este:
η = 1.2
Vpl Rd = 1250.4 KN
Page 18 of 25
Hala metalicaUBM - CCIA
<1
Deoarece VEd<0,5VplRd, efectul fortei taietoare asupra momentului de rezistenta se neglijaza.Influenta efortului axial
1M
yf
γσ ≤ .235061.1986
4.44017
1051.738
8.156
106.232 42
.
.. ≤=⋅+⋅=+=
yel
yEdEdEdx W
M
A
Nσ
2.2.2.5. Rezistenta la flambaj lateral (deversare)
LσLT = 310 cmE = 2,1 x 106 daN/cm2
C1 = 1.0Iz =4173.1 cm4 Iw=160696.9 cm6
It =92.6 cm4
Gt= 8.1 x 104
Mcr= 6156213.52 daNcmWy el s=4017.4 cm3
-curba d cu ΧLT =0.88
=0.88·4017.1·2350=830.73 KNm
.
Verifica conditia de flambaj (deversare)
2.2.6. Rezistenta la voalare din forfecare
-la fel ca la stalp .5.02.047.977
8.200
.
<==Rdbw
Ed
V
V
Page 19 of 25
Hala metalicaUBM - CCIA
Verifica conditia de voalare din forfecareRezistenta la flambaj vertical
verifica
k=0.55 se utilizeaza momentul rezistent plastic.Afc=aria talpii.2.2.7. Verificarea la flambaj2.2.7.1. Verificarea la flambaj fata de axa Y – Y
Lcr y = 0.6·1000=600 cm.
2.2.7.2. Verificare flambaj fata de axa Z – Z Lcr z = 310 cm
Χz = 0.7489 - curba c.
2.2.7.3. Flambaj lateralWy el =4017.4 cm3
MRk=9440890daN
NRk=156.8·2350=368480daN
Coeficientii kyy si kzy au aceleasi formule ca si la stalp
Page 20 of 25
Hala metalicaUBM - CCIA
Verificarea la flambaj
Sectiunea riglei este corect dimensionata la flambaj.
2.3. Calcul rigla constanta
2.3.1. Datele tehnice ale riglei transversale
Materialul: S235Lungime L=22 m - deschiderea halei
Se alege rigla vutata cu sectiune variabila in forma de I sau H din table subtiri imbinate prin sudura continua, astfel:- Sectiunea riglei constante
h=40 cm;b=25 cmtw=1.0cmtf=1.6 cm
NEd=-127.28 KN VEd=-73.14 KN MEd= -220.65 KN·m2.2.3. Calculul clasei sectiunii riglei
Capatul riglei – sectiunea este solicitata la compresiune si incovoiere
c) Talpa comprimata
rezulta talpa este clasa1 1-
conf tab 1.1.b pag11.
d) Inima solicitata la compresiune si incovoiere
Page 21 of 25
Hala metalicaUBM - CCIA
-
pentru clasa 2fy = 235 N/mm2
Pentru rezulta
verifica -lucram cu aria bruta si
Wpl.y 1-conf tab 1.1.a pag10.Clasa 2.
2.3.4. Evaluarea rezistentelor sectiunii
2.3.4.1. Rezistenta sectiunii transversale la incovoiere monoaxialaCapacitatea portanta a sectiunii transversale la incovoiere
monoaxiala pentru sectiuni clasa 2 se calculeaza astfel:Wy el = 4684.6 cm4
γM0 = 1
Mc Rd = 1683.06·2350=395.51 KNm
.
Sectiunea rezista la incovoiere monoaxiala.
2.2.4.2. Rezistenta sectiunii transversale la forta taietoareValoarea de calcul a rezistentei plastice la forfecare este:
η = 1.2
Vpl Rd = 599.15 KN
Deoarece VEd<0,5VplRd, efectul fortei taietoare asupra momentului de rezistenta se neglijaza.Influenta efortului axial
Page 22 of 25
Hala metalicaUBM - CCIA
1M
yf
γσ ≤ .23501668
06.1683
1065.220
79.116
1028.127 42
.
.. ≤=⋅+⋅=+=
yel
yEdEdEdx W
M
A
Nσ
2.2.2.5. Rezistenta la flambaj lateral (deversare)
LσLT = 115 cm-distanta intre paneE = 2,1 x 106 daN/cm2
C1 = 1.0Iz =4169.7 cm4 Iw=33661.2 cm6
It =79.3 cm4
Gt= 8.1 x 104
Mcr= 6259022 daNcmWy pl=1874.6 cm3
-curba d cu ΧLT =0.65
.
Verifica conditia de flambaj (deversare)
2.2.6. Rezistenta la voalare din forfecare
-nu mai trebuie facuta verificarea.
Verifica conditia de voalare din forfecareRezistenta la flambaj vertical
verifica
k=0.55 se utilizeaza momentul rezistent plastic.Afc=aria talpii.
Page 23 of 25
Hala metalicaUBM - CCIA
2.2.7. Verificarea la flambaj2.2.7.1. Verificarea la flambaj fata de axa Y – Y
Lcr y = 0.6·1000=600 cm.
Χy = 0.97 curba b
2.2.7.2. Verificare flambaj fata de axa Z – Z Lcr z = 115 cm
Χz = 1 - curba c.
2.2.7.3. Flambaj lateralWy pl =1874.6 cm3
MRk=1874.6·2350=4405310
NRk=116.8·2350=274480
Coeficientii kyy si kzy au aceleasi formule ca si la stalp
Verificarea la flambaj
Page 24 of 25
Hala metalicaUBM - CCIA
.
Sectiunea riglei este corect dimensionata la flambaj.
Page 25 of 25