Kucharczuk Labocha - Konstrukcje metalowe budynków -1.pdf - KONSTRUKCJE METALOWE - IKPN

INFORMACJE OGÓLNE

1.1

Konstrukcje stalowe

1.1.1 Stal jako materiał konstrukcyjny

Stal jest stopem żelaza z węglem i innymi pierwiastkami chemicznymi jak mangan,

chrom, niob, molibden oraz technicznie nieuniknionymi domieszkami jak siarka, fosfor,

krzem, tlen i wodór. Materiałem wyjściowym do wytopu stali jest płynna surówka wytapiana

z rudy, a jej przerobu na stal dokonuje się w specjalnych piecach stalowniczych.

Stal ma wysoką wytrzymałość przy wszystkich stanach wytężenia, a więc przy

rozciąganiu, ściskaniu, zginaniu i ścinaniu. Ponadto ma dużą zdolności do odkształceń

plastycznych, umożliwiającą plastyczną redystrybucję sił wewnętrznych, zahamowanie ich

wzrostu w przekrojach przeciążonych i sygnalizacje stanu awaryjnego. Ze względu na

jednorodną strukturę i wysoki współczynnik sprężystości najbardziej odpowiada założeniom

teorii materiałów izotopowych i sprężystych.

Konstrukcje stalowe odznaczają się wysoką niezawodnością, która jest wynikiem:

- jednorodności struktury materiału,

- dużej zdolności do odkształceń plastycznych,

- niezmienności właściwości mechanicznych stali w okresie użytkowania obiektu.

Elementy konstrukcji mają małe przekroje i mały ciężar w stosunku do ich nośności,

odznaczają się wysokim stopniem prefabrykacji i dokładności wykonania oraz łatwym i

szybkim montażem. Również łatwy jest demontaż konstrukcji przy znacznym odzysku

materiału przydatnego do przetopienia i przetwórstwa.

Do ujemnych cech stali należy wrażliwość na korozję oraz utrata wytrzymałości w

temperaturze 400 – 600 o C. Wady te można zminimalizować za pomocą znanych metod

ochrony antykorozyjnej lub ogniowej.

1.1.2 Gatunki i właściwości stali

Elementy konstrukcji budynków wykonuje się z kształtowników (walcowanych,

spawanych lub giętych) blach grubych i cienkich oraz taśm walcowanych na gorąco.

Projektuje się je ze stali konstrukcyjnej gatunków wymienionych w tablicy 1.1. Powszechnie

stosowane są wyroby walcowane z niestopowej stali konstrukcyjnej. Ogólne warunki

techniczne dostawy tych wyrobów są podane w pierwszej części normy PN-EN 10025, a

gatunki najczęściej stosowanych stali niestopowych w drugiej części tej normy. Do

powszechnie stosowanych należą również stale drobnoziarniste wg PN-EN 10025-3 i PN-EN

10025-4. Gatunki stali przeznaczonej do produkcji kształtowników o przekrojach

zamkniętych (kołowe, kwadratowe, prostokątne) są podane w normach PN-EN 10210-1 i PN-

EN 10219-1.

Tablica 1.1 Nominalne wartości granicy plastyczności

i wytrzymałości na rozciąganie

dla stali konstrukcyjnej walcowanej na gorąco (według PN-EN 1993-1-1)

Nominalna grubość elementu t [mm]

Norma i gatunek

stali



 t



f [N/mm 2 ]

EN 10025-2

S235

S275

S355

S450

235

275

355

450

360

430

510

550

215

255

335

410

360

410

470

550

EN 10025-3

S275N/NL

S355N/NL

S420N/NL

S460N/NL

275

355

420

460

390

490

520

540

255

335

390

430

370

470

520

540

EN 10025-4

S275M/ML

S355M\ML

S420M/ML

S460M/ML

275

355

420

460

370

470

520

540

255

335

390

430

360

450

500

530

EN 10025-5

S235W

S355W

235

355

360

510

215

335

340

490

EN 10025-6

S460Q/QL/QL1

460

570

440

550

EN 10210-1

S235H

S275H

S355H

235

275

355

275

355

420

460

360

430

510

390

490

540

560

215

255

335

255

335

390

430

340

410

490

370

470

520

550

S275NH/NLH

S355NH/NLH

S420NH/NLH

S460NH/NLH

EN 10219-1

S235H

S275H

S355H

235

275

355

275

355

460

275

355

420

460

360

430

510

370

470

550

360

470

500

530

S275NH/NLH

S355NH/NLH

S460NH/NLH

S275MH/MLH

S355MH/MLH

S420MH/MLH

S460MH/MLH

Wartości obliczeniowe stałych materiałowych stali należy przyjmować następująco:

- moduł sprężystości

N/mm 2 ,



210000

N/mm 2 ,

- moduł sprężystości przy ścinaniu





81000









- współczynnik Poissona (w stanie sprężystym)







- współczynnik rozszerzalności cieplnej liniowej



(dla



100

- masa objętościowa 7850 kg/m 3 .

1.1.3 Asortyment wyrobów

Większość wyrobów stalowych kształtuje się przy zastosowaniu obróbki plastycznej

przez walcowanie, przeciąganie, tłoczenie lub kucie. Podstawowym procesem przeróbki stali

jest walcowanie.

Walcowanie jest procesem, w którym wyrób przyjmuje żądany kształt pod wpływem

nacisków walców obracających się w przeciwnym kierunku. Walce mogą być gładkie,

służące do produkcji wyrobów płaskich lub bruzdowe służące do produkcji kształtowników o

profilu otwartym (dwuteowniki, ceowniki, kątowniki). Charakterystyczne przekroje tych

kształtowników przedstawiono na rysunku 1.1.

Rys. 1.1. Kształtowniki walcowane na gorąco: a) ÷ c) dwuteowniki zwykłe,

równoległościenne i szerokostopowe, d) ceowniki, e) i f) kątowniki równoramienne i

nierównoramienne (opis w tekście)

Dwuteowniki zwykłe (rys. 1.1a) są produktem przestarzałym. Nowocześniejszym produktem

są dwuteowniki równoległościenne (rys. 1.1b), które maja przekrój bardziej efektywny przy

zginaniu i których połączenia są łatwiejsze do wykonania. Dwuteowniki szerokostopowe (rys.

1.1c) są stosowane na słupy ściskane osiowo i mimośrodowo, a kątowniki (rys. 1.1e i 1.1.f) –

na pręty kratownic i stężeń.

Produkcja rur wymaga stosowania urządzeń uzupełniających. Oprócz rur walcowanych są

również produkowane rury gięte ze szwem zgrzewane prądami o wysokiej częstotliwości.

Rury te maja przekrój okrągły, kwadratowy lub prostokątny. Stosowanie rur jest szczególnie

korzystne w elementach ściskanych osiowo lub mimośrodowo. Stosowanie ich daje duże

oszczędności materiału i kosztów mimo wyższej ceny wyrobów.

Gięcie na zimno jest procesem przeróbki plastycznej materiału wyjściowego w postaci

taśm, wstęg lub pasów ciętych z blach o grubości od 1,5 do 5 mm. Za pomocą gięcia uzyskuje

się wyroby o różnych kształtach przekroju i różnym przeznaczeniu (rys. 1.2).

Rys. 1.2. Przykłady wyrobów giętych: a) kształtowniki, b) blachy profilowane, c) kasety.

Szczególnie duże zastosowanie mają zetowniki i ceowniki (rys. 1.2a), które są stosowane na

płatwie i rygle ścienne budynków halowych z lekką obudową. Pozostałe kształtowniki są

stosowane na elementy konstrukcji złożonej oraz na elementy drugorzędne jak ościeżnice,

bramy, schody, regały itp. Blachy profilowane i kasety (rys. 1.2b i 1.2c) znajdują szerokie

zastosowanie w lekkiej obudowie dachów i ścian.

Uzupełnieniem asortymentu dwuteowników walcowanych są dwuteowniki spawane (rys.

1.3 i rys. 1.4) produkowane w sposób zmechanizowany.

Rys. 1.3. Dwuteowniki spawane: a) IPBS, b) HKS, c) IKS lub IKSH

Dwuteowniki według rysunku 1.3 są stosowane na silnie obciążone elementy konstrukcji:

- słupy ściskane mimośrodowo – IPBS,

- słupy ściskane osiowo – HKS,

- belki i rygle ram – IKS lub IKSH.

Dwuteowniki IKHS są tzw. elementami hybrydowymi, wykonywanymi ze stali dwóch

gatunków. Pasy są wykonywane ze stali o większej wytrzymałości niż środnik co umożliwia

lepsze wykorzystanie materiału w przekroju zginanym i wpływa na obniżenie kosztu wyrobu.

Rys. 1.4. Dwuteowniki spawane ze środnikiem falistym

Dwuteowniki spawane ze środnikiem falistym są odmianą dwuteowników spawanych o

cienkościennym wyprofilowanym faliście środniku i pasach z blachy płaskiej.

Faliste wygięcie środnika zapewnia mu odpowiednią sztywność co umożliwia zmniejszenie

grubości do 2 – 3 mm i znaczną redukcję ciężaru wyrobu. Wysokość środnika h wynosi od

500 do 1500 mm. Dwuteowniki ze środnikiem falistym są stosowane na belki oraz słupy i

rygle ram.

Drugą grupę wyrobów spawanych stanowią belki ażurowe wytwarzane z odpowiednio

rozciętych dwuteowników walcowanych (rys. 1.5).

Rys. 1.5. Kształtowanie belek ażurowych (opis w tekście)

Dwuteowniki rozcina się wzdłuż linii łamanej (rys. 1.5a) lub złożonej z odcinków prostych i

łuków (rys. 1.5d), a następnie odpowiednio zestawia rozcięte części i spawa. Belki ażurowe

mają znacznie większą nośność i sztywność niż kształtowniki, z których zostały wykonane, a

otwory w środnikach mogą być wykorzystane do prowadzenia instalacji. Dalsze zwiększenie

wysokości belki można uzyskać za pomocą wkładek z płaskowników jak na rysunku (1.5c).

Ręczne wykonanie belek ażurowych jest bardzo pracochłonne. Wykonanie ich jest

jedynie opłacalne w warunkach zmechanizowanej produkcji seryjnej. Nowoczesne linie

technologiczne są wyposażone w urządzenia do automatycznego ciecia kształtowników oraz

urządzenia do składania i spawania belek.

Asortyment i charakterystyki techniczne wyrobów stalowych są podane w katalogach

producentów oraz w Tablicach [6].

Kucharczuk Labocha - Konstrukcje metalowe budynków -1.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: