POŁĄCZENIA W KONSTRUKCJI HALI MIĘDZYNARODOWYCH TARGÓW KATOWICKICH W CHORZOWIE.pdf

Dr hab. inŜ. Walter WUWER, Walter.Wuwer@polsl.pl

Dr inŜ. Bernard KOWOLIK, Bernard.Kowolik@polsl.pl

Dr inŜ. Piotr KUCZ, Piotr.Kucz@polsl.pl

Dr inŜ. Jan ZAMOROWSKI, Jan.Zamorowski@polsl.pl

Politechnika Śląska

POŁ Ą CZENIA W KONSTRUKCJI HALI MI Ę DZYNARODOWYCH

TARGÓW KATOWICKICH W CHORZOWIE

JOINTS IN THE STRUCTURE OF THE MARKET HALL OF THE INTERNATIONAL

KATOWICE FAIR IN CHORZÓW

Streszczenie W referacie zilustrowano kilka wybranych połączeń, w tym konstrukcje śrubowych styków

montaŜowych w pasach kratowych podciągów głównych, a takŜe sposoby oparcia płatwi kratowych na pasach

podciągów, zastosowane w nośnej konstrukcji hali. Przedstawione węzły pozwalają zapoznać się z niektórymi

wadami tej konstrukcji, która uległa całkowitemu zniszczeniu podczas katastrofy 28.01.2006 roku.

Abstrakt The paper presents several selected joints, including constructions of bolt connections in the assembly

of the main beam flanges, as well as ways of supporting the truss rafters on the beams, applied in the supporting

structure of the market hall. The presented nodes permit to see some of the defects in the design of the

construction, which was destroyed completely during the disaster on January 28, 2006.

1. Wprowadzenie

102,875m. Oddziaływania dachu były przekazywane w środkowej jego

części na sześć 4-gałęziowych słupów głównych, utwierdzonych w Ŝelbetowych

fundamentach, natomiast wzdłuŜ obwodu hali na słupy wahacze, stanowiące elementy nośne

ścian osłonowych.

Wiele węzłów w połączeniach głównych elementów konstrukcji hali zaprojektowano

w sposób budzący powaŜne zastrzeŜenia. W referacie pokazano wybrane styki montaŜowe

w podciągach, niektóre inne połączenia, m.in. przykład mimośrodowego przekazywania

reakcji płatwi kratowych na gałąź słupa głównego oraz na dolne i górne pasy podciągów

głównych. Zapoznanie się z niektórymi rozwiązaniami konstrukcyjnymi szczegółów pozwoli

ocenić wady konstrukcyjne omawianej budowli. Krótka charakterystyka tych połączeń moŜe

673

Wyniki analizy statyczno-wytrzymałościowej stalowej konstrukcji nośnej hali,

przedstawione szczegółowo w opracowaniu [1], zawierają takŜe informacje o nośnościach

styków montaŜowych na śruby, znajdujących się zarówno w trzech podciągach głównych

o rozpiętościach 47,0 m, jak równieŜ we wszystkich pozostałych podciągach, a takŜe

płatwiach kratowych, których rozpiętości wynosiły od 22,0 do 30,75m (rys. 1). Układ

wolnopodpartych belek kratowych przekrycia dachowego posiadał wymiary w rzucie

poziomym 97,36

teŜ uzasadnić zasięg katastrofy, obejmujący praktycznie cały dach hali wystawienniczej,

a zarazem wyjaśnić krótki czas upadku całego dachu na posadzkę, wynoszący zaledwie

kilkanaście sekund.

Rys. 1. Główne elementy nośne stalowej konstrukcji hali wystawienniczej

2. Styki monta Ŝ owe w podci ą gach głównych

Przykładem wadliwego rozwiązania konstrukcyjnego były niekonwencjonalne styki

montaŜowe w pasach górnych (rys. 2a) i dolnych (rys. 2b) dwóch kratownic (oznaczonych

w projekcie D3-29 lub D3-30), tworzących trzy główne podciągi K5, K6 i K7 o rozpiętości

47,0 m. Blachy środkowe (bl. 16

60-540), połączonych z nimi 10

śrubami M20 kl. 10.9 (połączenie niespręŜone). W przenoszeniu siły uczestniczyła takŜe

blacha grubości 20 mm przyspawana od spodu do półek ceowników. Podciągi oraz elementy

styków wykonano ze stali St3S (S235 JR).

674

260-290) w styku pasa dolnego przyspawane do 2[220,

„przeszywające” na wskroś przekrój pasa przekazywały siłę rozciągającą z jednego odcinka

pasa na drugi za pośrednictwem 4-ch nakładek (bl. 12

Rys. 2. Styki montaŜowe śrubowe w podciągach głównych: a) w pasie górnym podciągu K7 w osi 15,

b) w pasie dolnym podciągu K6 w osi 11

Wartości sił projektowych występujących w stykach dolnych pasów podciągów głównych

K5 i K6 oraz odpowiadające im warunki nośności były następujące (rys. 3):

w przypadku podciągu K5: N d = 1853,6 kN (1743,1 kN) oraz 4,74 > 1,0 (4,46 > 1,0;

w przypadku podciągu K6: N d = 1713,7 kN (2164,9 kN) oraz 4,38 > 1,0 (5,52 > 1,0;

dla porównania, w nawiasach podano oszacowane wartości sił rzeczywistych, występujących

w pasach w dniu katastrofy. Przekroczone znacznie warunki nośności odpowiadają

rozwiązaniu, kiedy to przekrój 4-ch nakładek – przejmujących pierwotnie siły rozciągające

w styku – stanowił zaledwie 24% pola powierzchni przekroju pasa.

Rys. 3. Konstrukcja styku montaŜowego w dolnych pasach podciągów głównych, w latach 1999÷2002

Trudności w dopasowaniu elementów pasa w stykach podczas montaŜu – jak wynika

z informacji zamieszczonych w [2] – spowodowały, iŜ autorzy projektu postanowili

przyspawać od spodu blachę 20

675

130-800 ze stali St3S, która jednak nie poprawiła nośności

styków. Takie wzmocnienie spowodowało dodatkowo zginanie przekroju elementów styku

wskutek obniŜenia połoŜenia osi obojętnej w stosunku do osi przekroju pasa podciągu.

Nośności styku były nadal przekroczone jak na poprzednich poziomach.

Warto zwrócić uwagę na przekrój słupka usytuowanego w osi styku (por. rys. 2b i 3), który

tworzą dwie gałęzie z połówek dwuteowników (1/2IPE 270), połączone ze sobą na wysokości –

dwiema parami śrub M16 w odstępach co 240 mm.

W styczniu 2002 roku nastąpiła awaria styków w podciągu głównym K7. Zniszczenie 4-ch

styków (por. 1-1 na rys. 1) polegało na [3, 4]:

powstaniu w styku szczeliny pionowej o szerokości 20 mm,

zerwaniu pary śrub, łączących gałęzie słupka, w najbliŜszym sąsiedztwie styku,

pęknięciu blachy od spodu oraz spoin pachwinowych łączących ją z ceownikami,

· zniszczeniu blach środkowych.

NaleŜy bardzo mocno podkreślić, iŜ przebadano wówczas metodą magnetyczno-

proszkową [5] wszystkie spoiny w 4-ch stykach podciągu K7. Wyniki tych badań były

negatywne [6]. Spoiny określono jako nie spełniające wymagań klasy W5. Niestety, na tych

niepokojących wynikach poprzestano i nie sprawdzono Ŝadnych innych spoin w konstrukcji.

A naleŜało wówczas – zdaniem autorów ekspertyzy [1] – obowiązkowo sprawdzić jakość

spoin w kilku innych analogicznych stykach pozostałych podciągów, a ponadto w dowolnym

innym waŜnym połączeniu w konstrukcji, np. spoin łączących pręty przewiązek z gałęziami

słupów, które okazały się niepełnowartościowe z uwagi na brak przetopu, co moŜna było

stwierdzić podczas pierwszych oględzin konstrukcji, lecz niestety juŜ po katastrofie.

Podjęto się wówczas – przy merytorycznym udziale autorów projektu – ogromnie

odwaŜnego zabiegu wycięcia w podciągu K7 fragmentów konstrukcji ze stykami śrubowymi

i zastąpieniu ich węzłami spawanymi (rys. 4a). Przedsięwzięcie to wykonano na podstawie

uprzednio sporządzonego projektu wzmocnienia styków i tymczasowego podparcia podciągu

K7 na czas realizacji wymiany styków.

Rys. 4. Styki w kratownicach D3-29 i D3-30 podciągu K7: a) po wymianie uszkodzonych styków śrubowych

na styki spawane, b) po upadku podciągu na posadzkę w dniu katastrofy

65-540, a śruby

niespręŜone M20, klasy 10.9, zastąpiono takimi samymi śrubami spręŜonymi.

Taki zabieg nie mógł być skuteczny, stąd warunki nośności styków były nadal

przekroczone:

w podciągu K5: 1,93 > 1,0 (1,81 >1,0),

· w podciągu K6: 1,78 > 1,0 (2,25 > 1,0).

Awaria styków w 2002 roku była sygnałem do sprawdzenia obliczeń, czego autorzy

projektu niestety nie uczynili. ChociaŜ wypada zauwaŜyć, Ŝe stan techniczny styków

śrubowych w podciągach głównych K5 oraz K6 po katastrofie nie wskazywał na ich

676

W pozostałych dwóch podciągach głównych K5 i K6 cztery nakładki styku śrubowego

wymieniono na grubsze i szersze ze stali 18G2A (S355 JO), tj. bl. 20

wcześniejsze uszkodzenie. W podciągu K7 natomiast – lecz juŜ po jego upadku na posadzkę –

stwierdzono pęknięcie dolnego pasa w sąsiedztwie styku spawanego w wymienionym

fragmencie konstrukcji (rys. 4b).

Pęknięcie pasa dolnego wraz ze ścięciem spoin pachwinowych łączących nakładkę

z dolnymi półkami ceowników nastąpiło w miejscu skoku sztywności przekroju, tj. tam gdzie

kończyła się blacha węzłowa a zaczynała nakładka (por. z rys. 4a).

3. Poł ą czenia pr ę tów pseudo-struktury

Poprawnie zaprojektowane przekrycia strukturalne nie wymagają na ogół stęŜeń połaciowych.

Występujący w takich przekryciach układ prętów zapewnia połaci dachowej geometryczną

niezmienność. Ponadto w zagranicznych rozwiązaniach strukturalnych, w węzłach których

spotyka się kilka prętów, stosuje się elementy wiąŜące, np. w postaci kul z nagwintowanymi

otworami (system „Mero”), w które wkręca się końcówki prętów z gwintowanymi trzpieniami.

Przekrycie omawianej hali wystawienniczej nie było strukturą, poniewaŜ same pręty, bez

odpowiedniej współpracy z arkuszami blach fałdowych, nie zapewniały połaci geometrycznej

niezmienności (rys. 5). Warto przy tym zwrócić uwagę na liczbę ukośnych prętów

„piramidek”, przekazujących na pas dolny płatwi kratowej oddziaływania z pośredniej płatwi

belkowej, przykładowo w miejscu styku montaŜowego na 8 śrub, a takŜe na

niewspółśrodkowe połączenia prętów w tym węźle, przy pominiętych w obliczeniach do

projektu, znacznych mimośrodach (rys. 6).

Rys. 5. Schemat układu prętów tworzących

pseudo-strukturę

Rys. 6. Połączenie prętów pseudo-struktury w styku

montaŜowym dolnego pasa płatwi kratowej

4. Przykład oparcia podci ą gu na gał ę zi słupa głównego

KaŜda z 4-ch gałęzi o przekroju RO219,1/10 słupa głównego, wzajemnie połączonych ze

sobą takŜe prętami rurowymi o przekrojach RO101,6/6,3, rozmieszczonymi na wysokości

słupa w odstępach co 1000 mm (por. rys. 1, przekrój 3-3), przejmowała oddziaływania

podciągu kratowego lub płatwi kratowej, często za pośrednictwem przyspawanych do niej

wsporników. Przykładowo podciąg KR3-1 o rozpiętości 24,375 m przekazywał reakcję

215,0 kN na gałąź słupa głównego S4 w osi M za pośrednictwem wspornika o wys. 150 mm

(rys. 7, por. rys. 1). NapręŜenia w spoinach oraz w materiale wspornika były niewiele

przekroczone (bo odpowiednio tylko o ok. 20% i 40%), natomiast warunek nośności

zginanych półek ceowników mógł być przekroczony nawet ponad 4-krotnie.

677

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: