PL231177B1 - Konstrukcja nośna pokrycia dachu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest konstrukcja nośna pokrycia dachu zawierająca stalowe płatwie cienkościenne i stężenia wykonane z kształtowników giętych na zimno. Wynalazek ma zastosowanie w obiektach budownictwa przemysłowego lub użyteczności publicznej, jak hale magazynowe, wystawowe, produkcyjne i inne o lekkiej konstrukcji ramowo-płatwiowej.

Stosowane obecnie gięte na zimno płatwie cienkościenne charakteryzują się bardzo małą grubością ścianek przy relatywnie znacznej wysokości przekroju. W związku z tym, w takich konstrukcjach należy stosować tężniki, które powinny redukować niekorzystne efekty skręcania, zginania względem osi mniejszej sztywności przekroju oraz dystorsji konturu płatwi.

Znany powszechnie sposób poprzecznego stężania cienkościennych płatwi dachowych polega na zastosowaniu tężników prętowych, zawierających płaskie blachy czołowe, mocowane na śruby na wysokości środnika profilu usztywnianego. Inne znane rozwiązanie polega na zastosowaniu tężników cięgnowych lub prętowych o dużej smukłości i pracujących jedynie na rozciąganie. W rozwiązaniach tego typu połączenie tężnika z profilem cienkościennym jest usytuowane mijankowo w pobliżu osi ciężkości przekroju usztywnianego lub naprzemiennie, łącząc górną część środnika płatwi z dolną częścią środnika płatwi sąsiedniej. Stosowane są również stężenia cięgnowe umieszczane pomiędzy płatwiami na tzw. „X”. Tężniki, o nagwintowanych końcach, łączone są wówczas z płatwiami na zasadzie śruby lub na tzw. zatrzaski.

Do najważniejszych niedogodności stosowanych rozwiązań tężników należy zaliczyć możliwość wystąpienia dodatkowych odkształceń i naprężeń w swobodnych (nie stężonych) częściach profilu, np. półkach, powstających od skręcania, zginania względem osi mniejszej sztywności przekroju oraz dystorsji konturu płatwi.

Przyjęty w normie europejskiej PN-EN 1993-1-3 „Projektowanie konstrukcji stalowych. Reguły uzupełniające dla konstrukcji z kształtowników i blach profilowanych na zimno” model obliczeniowy płatwi dachowych zakłada całkowite usztywnienie elementu przed skręcaniem, zginaniem względem osi mniejszej sztywności przekroju i dystorsją konturu płatwi w miejscu umieszczenia tężnika. W tym celu należy usztywnić swobodną, nie stężoną pokryciem, półkę przekroju, która jest ściskana dla miarodajnej kombinacji obciążeń.

Brane są tu pod uwagę zarówno obciążenia grawitacyjne (np. obciążenie śniegiem) jak również przeciwnie skierowane obciążenia unoszące, od ssania wiatru.

Niektóre typy stosowanych obecnie tężników nie odpowiadają założeniom modelu obliczeniowego wg w/w normy i nie redukują niekorzystnych efektów dodatkowych odkształceń i naprężeń, co obniża nośność i bezpieczeństwo konstrukcji.

Celem wynalazku jest opracowanie konstrukcji nośnej pokrycia dachu zawierającego tężnik, który po jego połączeniu z płatwią giętą na zimno, w znacznym, technicznie wystarczającym stopniu, będzie zapobiegał dodatkowym deformacjom swobodnych, nie stężonych, półek płatwi w miejscu umieszczenia tężnika. Chodzi tutaj o deformację przekroju cienkościennego od skręcania, zginania względem osi mniejszej sztywności przekroju i dystorsji konturu płatwi przy miarodajnej kombinacji obciążeń grawitacyjnych i/lub obciążeń unoszących.

Wynalazek opracowano dla dwóch wariantów pokrycia dachu.

Wariant I przewiduje zastosowanie takiego pokrycia dachu, które stęży w sposób ciągły półkę górną płatwi np. pokrycie z wystarczająco sztywnej blachy fałdowej lub falistej. W tym przypadku półką swobodną, nie stężoną, jest półka dolna profilu.

Konstrukcja nośna pokrycia dachu, zawierająca stalowe płatwie cienkościenne, stężone elementami prętowymi zakończonymi blachami czołowymi z otworami na śruby montażowe, charakteryzuje się tym, że jedna z blach czołowych elementu prętowego jest wyprofilowaną w kształcie litery „L” pionową dwuzagięciową blachą o środniku wysokości hi, poziomej stopce szerokości bi i odgięciu na końcu stopki o wysokości ci, która to blacha po połączeniu jej środnika ze środnikiem płatwi, obejmuje półkę dolną płatwi wraz z jej odgięciem ku górze.

W drugim rozwiązaniu, konstrukcja nośna pokrycia dachu, zawierająca stalowe płatwie cienkościenne, stężone elementami prętowymi zakończonymi blachami czołowymi z otworami na śruby montażowe, charakteryzuje się tym, że jedna z blach czołowych elementu prętowego jest wyprofilowaną w kształcie litery „L” pionową blachą dwuzagięciową o środniku wysokości h₂, poziomej stopce szerokości b2 odgięciu na końcu stopki o wysokości C2, która to blacha po połączeniu jej środnika ze środnikiem płatwi, wypełnia od góry wnękę utworzoną przez dolną półkę płatwi i jej odgięcie ku górze.

PL 231 177 B1

Tężnik, który pracuje zarówno na ściskanie jak i rozciąganie, uniemożliwia przemieszczenia boczne, poziome, półki dolnej płatwi w miejscu jego umieszczenia. Długość blach czołowych mierzona wzdłuż długości płatwi jest taka, że umożliwia prawidłowe wykonanie otworów na śruby łączące środnik blach czołowych ze środnikiem płatwi. Korzystnie grubość blachy wyprofilowanej jest większa od grubości ścianek płatwi i od grubości blachy płaskiej.

Wariant II przewiduje rozwiązanie takiego pokrycia dachu, które nie spełnia warunków sztywności odpowiednich do stężenia półki górnej płatwi, np. pokrycie ze szkła itp. W tym wariancie obie półki profilu są swobodne i płatew nie jest stężona przed skręcaniem, zginaniem względem osi mniejszej sztywności przekroju oraz dystorsją konturu płatwi.

Konstrukcja nośna pokrycia dachu, zawierająca stalowe płatwie cienkościenne, przekroju zetowym, stężone elementami prętowymi zakończonymi blachami czołowymi z otworami na śruby montażowe, charakteryzuje się tym, że blachy czołowe są wyprofilowanymi w kształcie litery „ L” dwuzagięciowymi blachami, przy czym jedna z tych blach o środniku wysokości h2, poziomej stopce szerokości b2 i odgięciu na końcu stopki o wysokości C2, po połączeniu jej środnika ze środnikiem płatwi, wypełnia od góry wnękę utworzoną przez dolną półkę płatwi i jej odgięcie ku górze, a druga z czołowych blach jest odwrócona o kąt 180° i ma środnik wysokości h4, poziomą stopkę szerokości b4 i odgięcie na końcu stopki o wysokości C4, a po połączeniu jej środnika ze środnikiem płatwi, wypełnia od dołu wnękę utworzoną przez górną półkę płatwi i jej odgięcie ku dołowi.

Konstrukcja nośna pokrycia dachu, zawierająca stalowe płatwie cienkościenne, o przekroju ceowym, stężone elementami prętowymi zakończonymi blachami czołowymi z otworami na śruby montażowe, charakteryzuje się tym, że jedna z czołowych blach elementu prętowego jest symetrycznie wyprofilowaną, w kształcie litery „C”, blachą czterozagięciową o środniku wysokości hs, poziomych stopkach szerokości bs i odgięciach na końcach stopek o wysokości cs, a po połączeniu jej środnika ze środnikiem płatwi, górna stopka wraz z odgięciem wypełnia od dołu wnękę utworzoną przez górną półkę płatwi i jej odgięcie ku dołowi, a dolna, symetryczna stopka blachy wraz z jej odgięciem wypełnia wnękę utworzoną przez dolną półkę płatwi i jej odgięcie ku górze.

W rozwiązaniu według wynalazku, tężnik, pracuje zarówno na ściskanie jak i rozciąganie, uniemożliwia przemieszczenia boczne, poziome, półki górnej płatwi w miejscu umieszczenia tężnika w konstrukcji. Długość blach czołowych mierzona wzdłuż długości płatwi jest taka, że umożliwia prawidłowe wykonanie otworów na śruby łączące środnik blach czołowych ze środnikiem płatwi. Korzystnie grubość blachy wyprofilowanej jest większa od grubości ścianek płatwi i od grubości blachy płaskiej.

Takie „uchwycenie” ściskanych półek swobodnych przekroju cienkościennego giętego na zimno w miejscu wbudowania tężnika spełnia warunki przyjęte w modelu obliczeniowym wg wyżej przytoczonej normy PN-EN 1993-1-3.

Tężnik jest mocowany do środników sąsiadujących płatwi za pomocą śrub umieszczonych w otworach wykonanych w wyprofilowanych blachach czołowych i w czołowych blachach płaskich.

Dla schematu statycznego płatwi swobodnie podpartej konstrukcja według wariantu I zapobiega przemieszczeniom bocznym ściskanej, swobodnej półki dolnej płatwi, które to ściskanie jest wywołane miarodajną kombinacją obciążeń unoszących. Z kolei konstrukcja według wariantu II jednocześnie zapobiega przemieszczeniom bocznym ściskanej, swobodnej półki górnej przy obciążeniach grawitacyjnych i ściskanej, swobodnej półki dolnej płatwi przy obciążeniach unoszących.

W związku z tym rozwiązanie według wynalazku zapewnia, zgodne z modelem obliczeniowym według normy europejskiej PN-EN 1993-1-3, stężenie płatwi współpracującej z pokryciem oraz płatwi nie współpracującej z pokryciem przed skręcaniem, zginaniem względem osi mniejszej sztywności przekroju oraz dystorsją konturu płatwi w miejscu umieszczenia tężnika.

Podczas obciążenia płatwi, np. lekkim pokryciem dachowym oraz ssaniem wiatru, dochodzi do ściskania swobodnej, nie stężonej, półki dolnej przekroju na całej długości płatwi. Tężniki zabezpieczają, w miejscu ich umieszczenia, półkę dolną przekroju przed przemieszczeniami bocznymi, poziomymi, wywołanymi skręcaniem, zginaniem względem osi mniejszej sztywności przekroju i dystorsją konturu płatwi. Zmniejsza to znacznie wytężenie przekroju oraz poprawia stateczność i bezpieczeństwo całej konstrukcji.

Przedmiot wynalazku jest ukazany w przykładach wykonania na rysunku, na którym przedstawiono konstrukcje nośne pokrycia dachu, zawierająca stalowe płatwie cienkościenne, stężone elementami prętowymi zakończonymi blachami czołowymi z otworami na śruby montażowe, gdzie fig. 1 przedstawia schemat mocowania tężnika płatwi zetowej, współpracującej ze sztywnym pokryciem, zawierającego wyprofilowaną dwuzagięciową blachę czołową obejmującą od dołu ściskaną półkę

PL 231 177 B1 dolną płatwi, fig. 2 - schemat mocowania i tężnik płatwi zetowej współpracującej z pokryciem, zawierający wyprofilowaną dwuzagięciową blachę czołową, która wypełnia od góry wnękę utworzoną przez dolną półkę płatwi i jej odgięcie ku górze, fig. 3 - schemat mocowania i tężnik płatwi zetowej przy braku współpracy z pokryciem, zawierający dwie wyprofilowane dwuzagięciowe blachy czołowe, odwrócone względem siebie o kąt 180°, wypełniające wnęki utworzone przez półki płatwi i ich odgięcia, fig. 4

- schemat mocowania i tężnik płatwi ceowej współpracującej ze sztywnym pokryciem, zawierający wyprofilowaną dwuzagięciową blachę czołową obejmującą od dołu ściskaną półkę dolną płatwi, fig. 5

- schemat mocowania i tężnik płatwi ceowej współpracującej z pokryciem, zawierający wyprofilowaną dwuzagięciową blachę czołową, która wypełnia od góry wnękę utworzoną przez dolną półkę płatwi i jej odgięcie ku górze, a fig. 6 - schemat mocowania i tężnik płatwi ceowej przy braku współpracy z pokryciem, zawierający symetrycznie wyprofilowaną czterozagięciową blachę czołową, której stopki wraz z odgięciami wypełniają wnęki utworzone przez półki płatwi i jej odgięcia ku środkowi.

Dla stężonej pokryciem 1 (wariant I) giętej na zimno płatwi 2, tężnik stalowy 3 (fig. 1), zawiera element prętowy 3a, płaską czołową blachę 4 o grubości to z jednej strony oraz wyprofilowaną dwuzagięciową czołową blachę 5 o grubości t2 z drugiej strony. Blacha czołowa 5 ma kształt litery „L” o środniku wysokości hi poziomej stopce szerokości bi i odgięciu na końcu stopki o wysokości ci. Wymiary hi, bi, ci dwuzagięciowej czołowej blachy 5 dobrano w taki sposób, że po połączeniu jej środnika ze środnikiem płatwi stopka bi wraz z odgięciem ci obejmuje od dołu półkę dolną płatwi 2 wraz z jej odgięciem ku górze. Grubość ti blachy wyprofilowanej 5 jest większa od grubości ścianek płatwi 2 i od grubości to blachy płaskiej 4.

W rozwiązaniu przedstawionym na fig. 2 (wariant I) stalowy tężnik 6 giętej na zimno płatwi 2 ma płaską czołową blachę 4 o grubości to z jednej strony, oraz wyprofilowaną dwuzagięciową czołową blachę 7 o grubości t2 z drugiej strony. Blacha czołowa 7 ma kształt litery „L” o środniku wysokości h2, poziomej stopce szerokości b2 i odgięciu na końcu stopki o wysokości C2. Wymiary h2, b2, C2 dwuzagięciowej czołowej blachy 7 dobrano tak, że po połączeniu jej środnika ze środnikiem płatwi 2 stopka b2 wraz z odgięciem C2 wypełnia od góry wnękę utworzoną przez dolną półkę płatwi 2 i jej odgięcie ku górze.

Tężnik 3 (fig. 1) i tężnik 6 (fig. 2) połączone są z płatwiami 2 w pobliżu osi ciężkości przekroju płatwi poprzez skręcenie na śruby. Blachy czołowe 4, 5 tężnika 3 oraz blachy czołowe 4, 7 tężnika 6 posiadają otwory okrągłe lub owalne, służące do połączenia z płatwią 2 i z sąsiednim tężnikiem. Długości blach czołowych 4, 5 (fig. 1) oraz 4, 7 (fig. 2), mierzone wzdłuż długości płatwi, są takie, że umożliwiają prawidłowe wykonanie otworów na śruby łączące środnik blach czołowych ze środnikiem płatwi. Zastosowana na fig. 1 oraz na fig. 2 postać tężnika stabilizuje, w miejs cu jego umieszczenia, swobodną półkę dolną dachowej płatwi 2.

Fig. 3 przedstawia rozwiązanie stalowego tężnika 9 giętej na zimno zetowej cienkościennej płatwi 2 w sytuacji, gdy pokrycie dachu 8 nie spełnia warunków sztywności odpowiednich do stężenia półki górnej płatwi (wariant II). Element prętowy 3a tężnika 9 ma na obu końcach przyspawane wyprofilowane w kształcie litery „L”, dwuzagięciowe blachy czołowe 7, 11, które są odwrócone względem siebie o kąt 180°. Blacha 7 o środniku wysokości h2, poziomej stopce szerokości b2 i odgięciu na końcu stopki o wysokości c2, po połączeniu jej środnika ze środnikiem płatwi 2, wypełnia od góry wnękę utworzoną przez dolną półkę płatwi i jej odgięcie ku górze. Druga czołowa blacha 11, odwrócona o kąt 180° względem blachy 7, ma środnik wysokości h4, poziomą stopkę szerokości b4 oraz odgięcie na końcu stopki o wysokości C4, a po połączeniu jej środnika ze środnikiem płatwi 2, wypełnia od dołu wnękę utworzoną przez górną półkę płatwi i jej odgięcie ku dołowi. Grubości t2, t4 dwuzagięciowych wyprofilowanych blach 7, 11 są większe od grubości ścianek płatwi 2.

Rozwiązanie tężnika 9 krępuje jednocześnie dolną i górną półkę płatwi 2, uniemożliwiając przemieszczenia boczne półki dolnej i półki górnej płatwi 2 w miejscu umieszczenia tężnika 9.

W rozwiązaniu przedstawionym na fig. 4, dla stężonej pokryciem 1 (wariant I) giętej na zimno ceowej płatwi 12 zastosowano tężnik stalowy 13, zawierający element prętowy 3a, płaską blachę czołową 4 o grubości to z jednej strony oraz wyprofilowaną dwuzagięciową blachę czołową 5 o grubości ti z drugiej strony, która ma kształt litery „L” o środniku wysokości hi, poziomej stopce szerokości bi i odgięciu na końcu stopki o wysokości ci. Wymiary hi, bi, ci dwuzagięciowej czołowej blachy „L” 5 dobrano tak, że po połączeniu jej środnika ze środnikiem płatwi 12 stopka bi wraz z odgięciem ci obejmuje od dołu półkę dolną płatwi 12 wraz z jej odgięciem ku górze. Grubość ti dwuzagięciowej blachy wyprofilowanej 5 jest większa od grubości ścianek płatwi 12 i od grubości to blachy płaskiej 4.

PL 231 177 B1

W alternatywnym rozwiązaniu dla wariantu I, zobrazowanym na fig. 5, przedstawiono tężnik stalowy 15, który ma płaską czołową blachę 4 o grubości to z jednej strony oraz wyprofilowaną dwuzagięciową blachę czołową 7 o grubości t2 z drugiej strony. Blacha czołowa 7 ma kształt litery „L” o środniku wysokości h2, poziomej stopce szerokości b2 i odgięciu na końcu stopki o wysokości C2. Wymiary h2, b2, C2 dwuzagięciowej blachy czołowej 7 dobrano tak, że po połączeniu jej środnika ze środnikiem płatwi 12 stopka b2 wraz z odgięciem C2 wypełnia od góry wnękę utworzoną przez dolną półkę płatwi 12 i jej odgięcie ku górze.

Tężnik 13 (fig. 4) i tężnik 15 (fig. 5) połączone są z płatwiami 12 w pobliżu osi ciężkości przekroju płatwi poprzez skręcenie na śruby. Blachy czołowe 4, 5 tężnika 13 oraz blachy czołowe 4, 7 tężnika 15 posiadają otwory okrągłe lub owalne, służące do połączenia z płatwią 12 i z sąsiednim tężnikiem. Długości blach czołowych 4, 5 (fig. 4) oraz 4, 7 (fig. 5), mierzone wzdłuż długości płatwi, są takie, że umożliwiają prawidłowe wykonanie otworów na śruby łączące środnik blach czołowych ze środnikiem płatwi. Zastosowana na fig. 4 oraz na fig. 5 postać tężnika stabilizuje, w miejscu jego umieszczenia, swobodną półkę dolną płatwi dachowej 12.

W rozwiązaniu przedstawionym na fig. 6, dla nie stężonej pokryciem 8 (wariant II) giętej na zimno ceowej płatwi 12, zastosowano tężnik stalowy 17 z płaską blachą czołową 4 o grubości to z jednej strony oraz symetrycznie wyprofilowaną, czterozagięciową, blachą czołową 18 o grubości t7 z drugiej strony. Blacha czołowa 18 ma kształt litery „C” o środniku wysokości hs, poziomych stopkach szerokości bs i odgięciach na końcu stopek o wysokości cs. Po połączeniu środnika blachy 18 ze środnikiem płatwi 12 górna stopka wraz z odgięciem wypełnia od dołu wnękę utworzoną przez górną półkę płatwi i jej odgięcie ku dołowi, a dolna, symetryczna stopka blachy 18 wraz z jej odgięciem wypełnia wnękę utworzoną przez dolną półkę płatwi 12 i jej odgięcie ku górze.

Długość blach czołowych 4, 18, mierzona wzdłuż długości płatwi, umożliwia prawidłowe wykonanie otworów na śruby łączące środnik blach czołowych 4, 18 ze środnikiem płatwi 12. Grubość ts wyprofilowanej blachy 18 jest większa od grubości ścianek płatwi 12 i od grubości to blachy płaskiej 4. Rozwiązanie tężnika 17 krępuje jednocześnie dolną i górną półkę płatwi 12, uniemożliwiając przemieszczenia boczne półki dolnej i półki górnej płatwi 12 w miejscu umieszczenia tężnika 17.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Konstrukcja nośna pokrycia dachu, zawierająca stalowe płatwie cienkościenne, stężone elementami prętowymi zakończonymi blachami czołowymi z otworami na śruby montażowe, znamienna tym, że jedna z blach czołowych elementu prętowego (3a) jest wyprofilowaną w kształcie litery „L” pionową dwuzagięciową blachą (5) o środniku wysokości (h1), poziomej stopce szerokości (b1) i odgięciu na końcu stopki o wysokości (C1), która to blacha (5) po połączeniu jej środnika ze środnikiem płatwi, obejmuje półkę dolną płatwi (2, 12) wraz z jej odgięciem ku górze.
2. 2. Konstrukcja nośna pokrycia dachu, zawierająca stalowe płatwie cienkościenne, stężone elementami prętowymi zakończonymi blachami czołowymi z otworami na śruby montażowe, znamienna tym, że jedna z blach czołowych elementu prętowego (3a) jest wyprofilowaną w kształcie litery „L” pionową dwuzagięciową blachą (7) o środniku wysokości (h2), poziomej stopce szerokości (b2) i odgięciu na końcu stopki o wysokości (c2), która to blacha (7) po połączeniu jej środnika ze środnikiem płatwi, wypełnia od góry wnękę utworzoną przez dolną półkę płatwi (2, 12) i jej odgięcie ku górze.
3. 3. Konstrukcja nośna pokrycia dachu, zawierająca stalowe płatwie cienkościenne, o przekroju zetowym, stężone elementami prętowymi zakończonymi blachami czołowymi z otworami na śruby montażowe, znamienna tym, że blachy czołowe są wyprofilowanymi w kształcie litery „L” dwuzagięciowymi blachami (7, 11), przy czym jedna z tych blach (7) o środniku wysokości (h2), poziomej stopce szerokości (b2) i odgięciu na końcu stopki o wysokości (c2), po połączeniu jej środnika ze środnikiem płatwi (2), wypełnia od góry wnękę utworzoną przez dolną półkę płatwi i jej odgięcie ku górze, a druga z czołowych blach (11) jest odwrócona o kąt 180°, względem pierwszej czołowej blachy (7) i ma środnik wysokości (h4), poziomą stopkę szerokości (b4) i odgięcie na końcu stopki o wysokość (c4), a po połączeniu jej środnika ze środnikiem płatwi (2), wypełnia od dołu wnękę utworzoną przez górną półkę płatwi i jej odgięcie ku dołowi.

   PL 231 177 B1
4. 4. Konstrukcja nośna pokrycia dachu, zawierająca stalowe płatwie cienkościenne, o przekroju ceowym, stężone elementami prętowymi zakończonymi blachami czołowymi z otworami na śruby montażowe, znamienna tym, że jedna z czołowych blach (18) elementu prętowego (3a) jest symetrycznie wyprofilowaną, w kształcie litery „C”, czterozagięciową blachą o środniku wysokości (hs), poziomych stopkach szerokości (bs) i odgięciach na końcach stopek o wysokości (cs), a po połączeniu jej środnika ze środnikiem płatwi (12), górna stopka wraz z odgięciem wypełnia od dołu wnękę utworzoną przez górną półkę płatwi i jej odgięcie ku dołowi, a dolna, symetryczna, stopka blachy (18) wraz z jej odgięciem wypełnia wnękę utworzoną przez dolną półkę płatwi (12) i jej odgięcie ku górze.