Wygięcie wstępne a nośność blachy fałdowej

Przykład dachu o powierzchni wielokrzywiznowej – Ferrari World Abu Dhabi
Przykład dachu o powierzchni wielokrzywiznowej – Ferrari World Abu Dhabi
www.meconstruct.be

Jedną z kwestii, jakie należy rozważyć na etapie sporządzania projektu konstrukcji nośnej dachu, są rozwiązania techniczne, dzięki którym możliwe będzie uzyskanie gładkiej powierzchni zakrzywionej połaci dachowej.

Projektanci obiektów, takich jak hale widowiskowo- sportowe, terminale lotnicze, stadiony, często projektują dachy o postaci powierzchni jedno- lub wielokrzywiznowej (fot. 1). Warto podkreślić, że przyjęte rozwiązania techniczne powinny być rozpatrywane po podjęciu lub w trakcie podejmowania decyzji o wyborze technologii, w jakiej będzie wykonywane pokrycie dachowe.

Konstrukcja dachu ocieplonego składa się zazwyczaj ze stalowego układu prętowego, blachy fałdowej, termoizolacji oraz hydroizolacji. Kształtowanie krzywizny pokrycia dachowego odbywa się przeważnie na poziomie blachy trapezowej. Jeśli promienie krzywizny połaci dachowej są dostatecznie duże, można stosować prostoliniowe płatwie i w przybliżeniu prostopadle do nich układane płaskie blachy jednoprzęsłowe. Aproksymuje się w ten sposób gładką krzywiznę połaci dachowej za pomocą dostatecznie dużej liczby płaskich arkuszy blachy fałdowej. Przy zastosowaniu tego rozwiązania należy zapewnić odpowiednie warunki podparcia blach w miejscach załamania połaci dachowej (rys. 1). W przypadku dachów jednokrzywiznowych można zastosować zakrzywione płatwie oraz blachy wyginane (rys. 2). Kolejnym rozwiązaniem jest zastosowanie łukowych blach fałdowych jedno- i wieloprzęsłowych lub płaskich blach wieloprzęsłowych, którym w trakcie montażu nadawana jest wstępna strzałka wygięcia (rys. 3). W omawianych dachach chętnie stosowane są te drugie ze względu na mniejszą liczbę dostępnych na rynku profili łukowych blach fałdowych oraz ich wyższą cenę jednostkową.

Model obliczeniowy wieloprzęsłowej blachy fałdowej z wygięciem wstępnym

Wpływ wygięcia wstępnego na nośność wieloprzęsłowej blachy fałdowej może być uwzględniony w obliczeniach przez dodanie do siebie: sił przekrojowych powstających od wygięcia wstępnego oraz sił od obciążeń zewnętrznych (rys. 4). Podatność podpór, zarówno w kierunku prostopadłym, jak i stycznym do krzywizny blachy, zależy od podatności płatwi. Dodatkowo w kierunku stycznym do blachy należy uwzględnić podatność połączenia blachy z płatwią.

Analiza geometrii blachy oraz sił przekrojowych

Na potrzeby artykułu przeanalizowano wpływ wygięcia wstępnego na nośność blachy trójprzęsłowej ACP 135/315 o grubości 1,0 mm [2] i przekroju poprzecznym pokazanym na fot. 2 i rys. 5.

Równanie linii ugięcia blachy trójprzęsłowej, o jednakowej rozpiętości przęseł, doginanej do płatwi siłą P w trakcie montażu (rys. 4) można zapisać w postaci wielomianu 3. stopnia:

wz1

 

 

 

 

 

 

 

gdzie:
P – siła potrzebna do wygięcia arkusza blachy,
E – moduł sprężystości,
I – moment bezwładności,
L – długość arkusza blachy (rys. 6).

W tabeli 1 podano charakterystyczne wymiary blachy fałdowej ze wstępnym wygięciem opisanym zależnością (1). Dla porównania w tabeli 2 podano analogiczne wymiary dla blachy o linii wygięcia opisanej równaniem okręgu – jak to może mieć miejsce w wypadku łukowych blach fałdowych. Interpretację graficzną poszczególnych symboli z tabel 1 i 2 przedstawia rys. 6.

Analizie poddano blachy do dachów o 4 wybranych promieniach R krzywizny (tabele 1 i 2). Różnice między analogicznymi wartościami przedstawionymi w tabelach są stosunkowo niewielkie. Strzałka ugięcia blachy od wygięcia wstępnego f1/B dla przęsła pomiędzy płatwiami mieści się w przedziale 1/443–1/166, dla całego arkusza natomiast przyjmuje wartości od 1/173 do 1/65. Z pozoru nie są to wartości znacząco odbiegające od dopuszczalnych w stanie granicznym użytkowalności, jednak nawet stosunkowo niewielkie wygięcie wstępne płaskiego arkusza blachy może znacząco wpływać na obniżenie jego nośności.

Zgodnie z wyrażeniem (1) zastosowanie pierwotnie płaskich blach fałdowych doginanych w trakcie montażu do płatwi, których pasy górne są ułożone stycznie do okręgu o promieniu R, spowoduje powstanie odchyleń połaci dachowej od idealnej geometrii opisanej równaniem okręgu. Jeśli równanie okręgu oznaczymy przez g(x), możemy wyznaczyć funkcję F(x) = f(x)–g(x), która opisuje odchylenia linii wygięcia wstępnego według równania (1) od okręgu. Na rys. 7–8 i 9–10 przedstawiono wykresy odchyłek F(x) dla dachów o skrajnych wartościach analizowanych promieni krzywizny – odpowiednio 75 m i 200 m. Jak widać, odchyłki nie przekraczają 6 mm, czyli 1/500 rozpiętości przęsła, co wydaje się wartością niewielką, szczególnie jeśli uwzględnimy tolerancje wykonania samej konstrukcji stalowej [3] oraz odkształcenia blach spowodowane działaniem obciążeń stałych i zmiennych.

Zestawienie wartości sił przekrojowych analizowanej blachy zawiera tabela 3, odpowiednie wykresy natomiast przedstawia rys. 11. W obliczeniach uwzględniono obciążenie stałe i zmienne (pochodzące od śniegu) o łącznej wartości obliczeniowej 3,00 kN/m².

Na potrzeby analizy założono, że poszczególne arkusze blachy będą przykręcane do płatwi za pomocą stalowych łączników samowiercących i samogwintujących bez podkładki: OC-55038 [4] oraz ON-55032 [5] – zależnie od grubości półki płatwi. Podatność pojedynczego łącznika o średnicy trzpienia 5,5 mm przyjęto według pracy Bródki, Garncarka i Miłaczewskiego [6] o wartości 0,15 mm/kN, skąd wyznaczono sztywność podpory:

wz2

 

 

Jak ocenić poziom zawilgocenia dachu?

Paroprzepuszczalność czy dyfuzja, czyli jak określać wysokoparoprzepuszczalność MWK

Co blokuje wentylację dachów?

Interpretacja norm a zawilgocenie dachu

Ochrona cieplna dachów i stropodachów – materiały i technologie

Impregnaty na dachach

Podatność płatwi nie była uwzględniana w obliczeniach. Model obliczeniowy zbudowano, aproksymując łuk w każdym z przęseł za pomocą 10 prostoliniowych odcinków. W obliczeniach przyjęto charakterystyki efektywne przekroju przedstawionego na rys. 5, które wynoszą odpowiednio (jak dla przekroju ściskanego): dla pola powierzchni Aeff = 14,06 cm²/m, dla momentu bezwładności Ieff = 338,3 cm4/m. Otrzymane wartości sił osiowych (NAB i NBB w tabeli 3) są niewielkie w porównaniu z nośnością przekroju efektywnego na ściskanie, która dla gatunku stali S320GD wynosi 449 kN/m.

Różnica pomiędzy długością L1 (rys. 6) blachy mierzoną po łuku a odległością B pomiędzy osiami płatwi – rozdzielona na każdą z płatwi ((L1–B)/2 w tabeli 1) jest niezwykle mała i nie przekracza różnicy pomiędzy promieniem wiertła a promieniem, mierzonym w rowku gwintu, trzpienia zastosowanych wkrętów (fot. 3). W odniesieniu do analizowanej blachy o grubości 1 mm w przypadku wystąpienia poślizgu blachy względem płatwi łączniki nie ograniczają przemieszczeń blachy na podporach pośrednich. Podobnie wygląda sytuacja w wypadku podpór skrajnych ((L2–B–2B’)/2 w tabeli 1). W związku z tym w dalszych analizach pominięto wpływ siły osiowej na nośność blachy.

Na rys. 12 pokazano, jak zmienia się relacja między siłami przekrojowymi od wygięcia wstępnego a siłami od obciążeń zewnętrznych (rys. 11 i tabela 3). Jak widać, w odniesieniu do analizowanych promieni krzywizny dachu siła poprzeczna od wygięcia wstępnego jest porównywalna z siłą poprzeczną od obciążeń zewnętrznych. Wartość momentu zginającego nad podporą pośrednią od wygięcia wstępnego blachy jest natomiast nawet 5-krotnie większa od momentu generowanego przez ciężar własny i obciążenia zmienne (śnieg) – mimo wspomnianych wcześniej raczej niewielkich strzałek wygięcia wstępnego blachy.

Komentarze

(1)
Feliks | 25.09.2013, 17:53
Przydatny artykuł
   1 / 1   

Wybrane dla Ciebie


Wybierz najlepszy materiał do ociepleń »


Czym różnią się materiały do izolacji poszczególnych elementów budynku? ZOBACZ »


Poznaj sposoby izolacji dachu płaskiego »

Jak wykonać ocieplenie w systemie ETICS?

Jaki materiał zastosować na dachu płaskim, zielonym, odwróconym, a jak na dachu pokrytym wcześniej papą termozgrzewalną?
czytaj dalej »

W przypadku budynków istniejących należy dokładnie sprawdzić jakość... czytaj dalej »

Uzyskaj tytuł mgr. inż. i uprawnienia budowlane!


Wiedza i umiejętności praktyczne zdobyte podczas studiów drugiego stopnia... ZOBACZ »


Jak zapewnić dobrą wibroakustykę budynku?

Rewolucja na rynku termoizolacji?

Zapewnienie dobrej wibroakustyki dla budynku to coraz częściej wyzwanie dla świadomych i wymagających klientów. czytaj dalej » Utrzymanie odpowiedniej temperatury wewnątrz obiektu, położonego w wymagającej strefie... czytaj dalej »

Fakty i mity na temat szarego styropianu »

Od kilku lat rośnie popyt na styropiany szare. W Niemczech i Szwajcarii większość spr...  czytaj dalej »


Na czym polegają prace uszczelniające?

Wszystko o izolacji instalacji klimatyzacyjnych i wentylacyjnych »

Prace uszczelniające mają na celu odcięcie niebezpiecznych materiałów, substancji lub po prostu... czytaj dalej » Produkty przeznaczone do instalacji klimatyzacyjnych i wentylacyjnych, jak i... czytaj dalej »

Chemia budowlana - porady ekspertów »


Masz wątpliwości i pytania jak rozwiązać Twój problem techniczny? Dobierz stosowną technologię do Twoich potrzeb... ZOBACZ »


Czego użyć do izolacji dachu?

Czym ocieplić piwnicę lub garaż?

Rozwiązaniem, które zapewnia optymalne zaizolowanie są... czytaj dalej » Izolacja stropów nad garażami podziemnymi musi spełniać wysokie wymagania akustyczne, cieplne i przeciwpożarowe... czytaj dalej »

Malowanie kafli krok po kroku »


Malowanie kafli to wciąż mało popularny sposób zmiany wystroju wnętrza... ZOBACZ »


Co warto wiedzieć o systemach natryskowych?

Jak zabezpieczyć budynek przed wilgocią?

Budynek ocieplony pianką jest szczelny akustycznie a przede wszystkim...
czytaj dalej »

Wilgoć pojawiająca się w budynku i związana z nią pleśń szkodzą naszemu zdrowiu, powodują wyższe rachunki za ogrzewanie i niszczą mury. czytaj dalej »

Planujesz wymianę dachu? Sprawdź »


Dzięki lekkości dachówek nie ma potrzeby wzmacniania Twojej starej struktury dachowej. W niektórych przypadkach jest nawet... ZOBACZ »


Elewacja, która wygląda jak drewno, marmur czy kamień »

Szukasz pomysłu na wykończenie elewacji? Sprawdź

Ładna fasada stanowi wizerunek budynku. Estetyczny wygląd elewacji często...
czytaj dalej »

Tynki cienkowarstwowe tworzą ochronno-dekoracyjną zewnętrzną warstwę o wysokiej odporności na... czytaj dalej »

Ekspert Budowlany - zlecenia

Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników portalu Izolacje.com.pl... dowiedz się więcej »
7/8/2020

Aktualny numer:

Izolacje 7/8/2020
W miesięczniku m.in.:
  • - Tarasy wentylowane
  • - Zastosowanie kruszyw lekkich
Zobacz szczegóły
Flowcrete Polska Sp. z o.o. Flowcrete Polska Sp. z o.o.
Flowcrete Polska Sp. z o.o. Jesteśmy producentem i dystrybutorem materiałów do wykonywania bezspoinowch posadzek żywicznych -...
Dlaczego warto zadbać o balkon i taras?

Dlaczego warto zadbać o balkon i taras?

Trudno wyobrazić sobie nowoczesny dom bez jego wizytówki, czyli balkonu lub tarasu. Elementy te stanowią dodatkową powierzchnię, która pozwala na chwilę oddechu na...
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl

.