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


Jak zatrzymać ciepło i ochronić dom przed zimnem?


Markizy tarasowe oraz markizy balkonowe sprawdzają się idealnie także w domach jednorodzinnych. Dużym zainteresowaniem... ZOBACZ »


Najlepszy system stropowy?


Betonowe stropy można produkować na różne sposoby – z betonu przygotowanego na placu budowy lub w fabryce, gdzie panują kutemu optymalne warunki. ZOBACZ »


"Wirtualne malowanie" - wykonaj sam symulację online »

Dobierz najlepszy materiał izolacyjny »

Obok wiedzy na temat produktów, równie istotna jest znajomość technologii, którą... czytaj dalej » Niski poziom ochrony cieplnej generuje wysokie koszty utrzymania budynku, stanowiące duże obciążenie budżetu... czytaj dalej »


Zgarnij bony o wartości 100zł. Zobacz jak »

Jak dobrać posadzkę do obiektu?

3 kroki do Super CashBack
czytaj dalej »

Wybierz posadzkę, która będzie funkcjonalna i łatwa w czyszczeniu... czytaj dalej »

Czym skutecznie zaizolować fundament?

Zadaniem hydroizolacji jest zablokowanie dostępu wody i wilgoci do wnętrza obiektu budowlanego. Istnieje kilka rodzajów izolacji krystalizujących, a ich znajomość ułatwia zaprojektowanie i wykonanie szczelnej budowli. czytaj dalej »

 


Jak zapewnić trwałość mocowania elewacji?


Wsporniki przejmują ciężar muru i za pomocą zabetonowanych szyn kotwiących lub kotew przekazują go na ścianę nośną... ZOBACZ »


Płynne membrany poliuretanowe - gdzie je stosować?

Uszczelnianie obiektów inżynieryjnych - jak to robią specjaliści?

Siła związania do podłoża przekraczająca 20 kg/cm2, wysoka odporność na niszczące czynniki eksploatacyjne...
czytaj dalej »

Jak prawidłowo chronić ściany fundamentwe i zapewnić gwarancję żywotności obiektu? czytaj dalej »

Jak wykonać trwałe posadzki?

Jakich technologii oraz materiałów użyć do wykonania podłóg przemysłowych, naprawy betonów lub przeprowadzenia renowacji posadzek?  czytaj dalej »


Dowiedz się więcej o hydroizolacji dachów »

Chcesz ograniczyć straty ciepła z budynku? Zobacz »

Dostarczamy innowacyjne systemy hydroizolacji oraz pokryć dachowych, mające na celu zmianę sposobu życia i pracy naszych klientów... czytaj dalej » W obecnych czasach rosnące ceny energii cieplnej i elektrycznej skłaniają do analizy strat ciepła w budynkach mieszkalnych. Jedynym sposobem ograniczenia kosztów jest... czytaj dalej »

Jak mocować elewacje wentylowane?


Jak w realnych warunkach zachowują się różne systemy mocowań elewacji wentylowanych? ZOBACZ »


Fakty i mity na temat szarego styropianu »

Jak zabezpieczyć rury przed stratami ciepła?

Od kilku lat rośnie popyt na styropiany szare. W Niemczech i Szwajcarii większość spr... czytaj dalej » Czym powinieneś kierować się przy wyborze odpowiedniej izolacji rur? czytaj dalej »

Innowacyjny system kompozytowych wzmocnień konstrukcji »


W przypadku gdy temperatura przekroczy temperaturę zeszklenia, wówczas żywica nie jest... ZOBACZ »


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 »
Alpha Dam Alpha Dam
O FIRMIE Alpha Dam Sp. z o.o. produkuje od ponad 10 lat profesjonalne materiały wodochronne i przeciwwilgociowe dla budownictwa.  Do 2008...
9/2019

Aktualny numer:

Izolacje 9/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Nowoczesne rozwiązania elewacyjne
  • - Jakość wykonania izolacji z szarego styropianu
Zobacz szczegóły
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

.