calcul hala deschidere 20m

25
UNIVERSITATEA DE NORD BAIA MARE FACULTATEA DE RESURSE MINERALE SI MEDIU SECTIA CONSTRUCTII CIVILE INDUSTRIALE SI AGRICOLE HALA INDUSTRIALA IN CONSTRUCTIE METALICA PROIECT TEHNIC ANUL IV Sem. I Intocmit student : Mihut Cristian Indrumator de proiect: Ing. Fodor Remus Ianuarie 2011

Upload: rosu-gabriel

Post on 12-Aug-2015

843 views

Category:

Documents


44 download

TRANSCRIPT

Page 1: Calcul Hala Deschidere 20m

UNIVERSITATEA DE NORD BAIA MARE

FACULTATEA DE RESURSE MINERALE SI MEDIU

SECTIA CONSTRUCTII CIVILE INDUSTRIALE SI AGRICOLE

HALA INDUSTRIALA IN

CONSTRUCTIE METALICA

PROIECT TEHNIC

ANUL IV Sem. I

Intocmit student : Mihut Cristian

Indrumator de proiect: Ing. Fodor Remus

Ianuarie 2011

Page 2: Calcul Hala Deschidere 20m

Hala metalicaUBM - CCIA

TEMA DE PROIECTARE

Sa se proiecteze executia unei hale industriale in constructie metalica, cu inchideri din panouri, pe pereti laterali si pe acoperis.

Date tehnice

- Zona de amplasare Sibiu

- Deschidere 20 m

- Lungime 90 m

- Inaltime stalp 6m

- Panta acoperisului 6%

- Travee 9 m.

Page 2 of 25

Page 3: Calcul Hala Deschidere 20m

Hala metalicaUBM - CCIA

BORDEROU

Piese scrise

1. Coperta

2. Tema de proiectare

3. Borderou

4. Memoriu tehnic

5. Breviar de calcul

Piese desenate

6. Plan general hala

7. Plan cadru curent

8. Stalp cadru curent

9. Rigla cadru curent

Page 3 of 25

Page 4: Calcul Hala Deschidere 20m

Hala metalicaUBM - CCIA

MEMORIU TEHNIC

1.1. Alegerea solutiei constructive

In baza temei de proiectare rezulta urmatoarele date necesare pentru intocmirea proiectului:

- clasa de importanta: III (cf. P100-92 - constructii de importanta normala)

- zona seismica: F (cf. P100-92)

- zona climatica: - vant A (cf. STAS 10101/20-90 )- zapada A (cf. STAS 10101/21-92)

Avand in vedere dimensiunile geometrice ale structurii, dispunerea traveelor, a stalpilor si a riglelor s-a facut in functie de planul constructiei, astfel incat sa rezulte solicitari de incovoiere minime pentru o dimensionare optima. Pentru dimensionare se va studia fiecare element in parte, luand in calcul solicitarile maxime ale elementelor ce urmeaza a fi proiectate.

1.2. Necesitatea investitiei

Conform temei de proiectare costurile investitiei vor fi suportate de catre beneficiar.

Hala, care se va proiecta, va avea ca destinatie depozitarea si stocarea de materii prime si materiale de constructii.

In functie de zona de amplasare a constructiei se va avea in vedere potentialul seismic (ag = 0.16, Tc = 0.7 s) si incarcarea specifica climatic din zapada (sok = 1.5 kN/m2) si vant.

Page 4 of 25

Page 5: Calcul Hala Deschidere 20m

Hala metalicaUBM - CCIA

BREVIAR DE CALCUL

1. Evaluarea incarcari climatice

1.1. Actiunea vantului

Presiunea vantului la inaltimea z deasupra terenului se determina cu relatia:

w(z) = qref · ce(z) · cp

unde:qref – presiunea de referinta a vantuluice(z) – factorul de expunere la inaltimea z deasupra terenuluicp – coeficient aerodinamic (cpe – pentru suprafete exterioare si cpi – pentru suprafete interioare)

Inaltimea la coama:z = 7.2 m

Deschiderea halad = 20 m

Inaltimea halah = 7.2 m

Traveea haleiT = 9 m

Lungimea halaL = 10 x T = 10 x 9= 90 m.

Presiunea de referinta a vantului (pentru zona Brasov)qref = 0.5 kPa

Factorul de expunere (diagrama fig.5 din Reglementari tehnice NP 082-04) ptr zona urbana cu densitate redusa si considerand factorul tpografic Ct(z)=1.0 se obtine:

ce(5)=1.28

Coeficienti aerodinamiciAcestia depind de geometria si dimensiunile constructiei, unghiul

de atac al vantului, categoria de rugozitate a suprafetei terenului la baza constructiei.

Page 5 of 25

Page 6: Calcul Hala Deschidere 20m

Hala metalicaUBM - CCIA

a. Pereti:Coeficientii de presiune se stabilesc pentru diferite zone ale

constructiei functie de:

-raportul

-cazul d > ed < e

unde : e = min (b, 2h) = min (90,14.4)d = 22 > e = 10.4

Se obtine:cpe(D) = +0.7 cpe(E) = -0.3

b. AcoperisAcoperisul va fi cu doua pante

Pentru un cadru curent, coeficientii aerodinamici (cp) sunt prezentati astfel:

w= qref · ce(z) · cpe · T = 0.5 · 1.28 · 9· cpe = 5.76 cpe kN/m

Incarcarile unui cadru tranversal curent produse de actiunea vantului (w) sunt prezentate astfel:

1.2. Actiunea zapezii

Valoarea caracteristica a incarcarii din zapada pe acoperis, sk, se determina cu relatia:

sk = μi · ce · ct· s0k

Page 6 of 25

Page 7: Calcul Hala Deschidere 20m

Hala metalicaUBM - CCIA

unde:sok – valoarea caracteristica a incaperii din zapada pe solμi – coeficient de forma pentru incarcarea din zapada pe acoperisce – coeficient de expunere al amplasamentului constructieict – coeficient termic

Valoarea caracteristica a incarcarii din zapada pe sol, pentru zona Sibiu ese:

sok = 1.5 kN/m2

Pentru expunere partiala ce = 1.0 iar pentru acoperisuri cu termoizolatii uzuale coeficient termic ct = 1.0.

Coeficenti de forma

Distributia coeficientilor de forma μ1 si μ2 pentu incarcarea din zapada pe acoperisurile cu doua pante:

Pentru α = 6º - respectiv 0º < α < 30º se obtine:μ1 = 0.8μ2 = 0.8+0.8 (α/30) = 0.96

µ1

µ2

0.5µ1

0.5µ1

µ2

In acest caz pentru travee T = 6 m rezulta:

z1 = µ1·s0k·T z1 = 0.8·1.5·9 = 10.8 kN/m

z2 = µ2·s0k·T z2 = 0.88 ·1.5 ·9 = 11.88 kN/m

Se obtin ipotezele de incarcare prezentate astfel:

Page 7 of 25

Page 8: Calcul Hala Deschidere 20m

Hala metalicaUBM - CCIA

9.6 kN/m

11.52 kN/m

4.8 kN/m11.52 kN/m

4.8 kN/m

1.3 Evaluarea fortei seismic

Conform normativului P100/2006, functie de regularitatea structurii, structura de rezistenta a constructiei se incadreaza in unul din cele 4 cazuri, indicandu –se si simplificarea de calcul admisa, calcul elastic liniar precum si orecizia factorului de comportare.

Pentru constructia analizata, hala parter cu 1 deschidere, care prezinta regularitate in plan si pe verticala, se propune efectuarea unei analize de cadru plan, in care influenta seismului asupra constructiei se poate obtine prin incarcarea seismului structural, cu o forta laterala de proiectare.

Forta taietoare la baza, corepsunzatoare modului propriu fundamental, pentru fiecare directie orizontala principala, se detrmina cu formula:

Fb = γ1 · Sd(T1) · m ·λUnde:

γ1 – factorul de importanta al constructiei (γ1 = 1.0 – pentru cladiri de tip curent – clasa de importanta III)

Sd(T1) – ordonata spectrului de proiectare, corespunzatoare perioadei fundamentale T1;

Pentru Sighet: Tc = 0.7 sag = 0.16 gTB = 0.07 sTD = 3 sΒ(T) = 2.75S=1

Pentru TB <T<Tc

Page 8 of 25

Page 9: Calcul Hala Deschidere 20m

Hala metalicaUBM - CCIA

T1 – perioada proprie fundamentala de vibratie a cladirii in planul ce contine directia orizontala considerate

T1=ct H3/4 = 0.085 · 63/4 = 0.7 s

m – masa totala a cladiriiλ – factor de corectie care tine seama de contributia fiecarui mod

propriu fundamental prin masa modulara efectiva asociata acestuia, ale carui valori sunt:

λ = 0.85 daca T1≤Tc si cladirea are mai mult de doua niveluriλ = 1 – in celelalte cazuri (in acest caz cladirea fiind cu un nivel)q – factorul de comportare al structurii, iar valoarea lui se stabileste

functie de tipul structurii si capacitatea acesteia de disipare a energieiPentru structuri metalice parter, tip cadru cu o deschidere,

necontravantuita, cu stalpi articulati in fundatii si clasa de ductilitate M (medie) q = 2.5

Dupa efectuarea inlocuirilor forta seismica la baza structurii se obtine:

Pentru o travee curenta suprafata construita este:

S =9 x 20 = 180mpPentru a calcula masa totala luam in calcul:-greutate proprie=40kg/mp-greutate instalatii=30kg/mp-greutate pane si invelitoare=30kg/mp-greutate zapada=64kg/mp.Total=164kg/mp.Greutatea unui cadru:164kg/mp·132mp=26640kg.Rezulta forta seismica asociata unui cadru tranversal:

Fb = 0.17 · G = 0.17· 26640 = 4688.6 daN = 46.8 kN.Avand in vedere distributia maselor in structura se propune

efectuarea calculul static in gruparea speciala, cu considerarea fortei seismice la nivelul nodului (rigla – stalp), cu valoarea:

kN.

Page 9 of 25

Page 10: Calcul Hala Deschidere 20m

Hala metalicaUBM - CCIA

2. Analiza Globala a elementelor

Se propun sectiunile pentru stalp si rigla. Pentru evaluarea incarcarilor, pentru un cadru transversal curent, exceptie cele de pe capete, analiza incarcarilor s-a efectuat in programul de calcul AXISVM10 versiune student.

Pentru fiecare element component al cadrului in cauza a fost predimensionata sectiunea caracteristica conform cerintelor si criteriilor de proiectare.

2.1. Calcul stalp

2.1.1. Datele tehnice ale stalpului

Materialul stalpului: S235Lungime stalp L=6 m

Se alege stalp cu sectiune variabila in forma de I sau H din table subtiri imbinate prin sudura continua, astfel:

- Sectiune la baza stalpului:h=25 cm;b=25 cmtw=1.0 cmtf=1.6 cm

- Sectiune la capul stalpului:h=80 cm;b=25 cmtw=1.0 cmtf=1.6 cm

VEd= 117.23 KN NEd=240.72 KN MEd= 735.9 KN·m2.1.2. Calculul clasei sectiunii

1. Capul stalpului – sectiunea este solicitata la compresiune si incovoiere

Talpa comprimata

rezulta talpa este clasa1

conf tab 1.1.b pag11

Page 10 of 25

Page 11: Calcul Hala Deschidere 20m

Hala metalicaUBM - CCIA

Inima solicitata la compresiune si incovoiere

Aw = hw · tw Aw = (80-2 · 1.6)·1=76.8Ax = 156.79 cm2 aria sectiunii inimii

fy = 235 N/mm2

Pentru rezulta

nu verifica 1-conf tab 1.1.a

pag10

186.012350166

2400021

2−>−=−

⋅⋅=−

⋅=

yw

Ed

fA

Nψ .

.364.107)28.0(33.067.0

42

33.067.0

42clasa

t

c −=⋅+

=+

≤ψ

ε

Clasa sectiunii stalpului=max.(clasa talpii comprimate;clasa inimii) = clasa 3

Calculele se vor efectua in continuare folosind Abrut - aria bruta si Wel y

Verificarea sectiunii stalpului se va face la varf pentru rezistenta la incovoiere cu efort axial si la voalare din forfecare.

2.1.3. Verificarea sectiunii la incovoiere cu efort axial

Conditia de verificare este

verifica.

aria bruta a sectiunii

2.1.4. Verificarea la valoarea din forfecare

Page 11 of 25

Page 12: Calcul Hala Deschidere 20m

Hala metalicaUBM - CCIA

Placile pentru care:

se vor verifica la voalare din forfecare.

in cazul nostru η=1,20

.94.088.0

83.083.008.1

83.088.0

4.86

8.76

4.86==⇒<<⇒==

⋅⋅=

w

www

w t

h

λχλ

ηελ

KNthf

VM

wwyww

Rdbw 48.9793

8.76235094.0

3 1

. =⋅⋅=⋅

⋅⋅⋅=

γ

χ

2.1.4.a.Verificarea la forfecare

.4.12501

)3/2350(1.92)3/(1

0..

.

KNfA

VVV

V

M

yv

RdplRdcRdc

Ed ====⇒≤γ

216.9218.762.1 cmthA wwv =⋅⋅==η

→deoarece RdplEd VV .5.0< efectul fortei taietoare se

neglijeaza.

2.1.5. Verificarea la flambaj

Verificarea sectiunii stalpului la flambaj se va face in o sectiune situate la 1/3 din innaltimea stalpului, la distanta de 1.33 m fata de baza stalpului.

Page 12 of 25

Page 13: Calcul Hala Deschidere 20m

Hala metalicaUBM - CCIA

NEd= 240.72 KNVEd= 117.23KN MEd= 735.9 KN·m

Conditiile de verificare a sectiunii la flambaj sunt:

2.1.5.1. Flambaj fata de axa y – y

inaltime stalp

μ se va alege in functie de β

β = 0 rezulta µ =2β = 1 rezulta µ =2.6β = 2 rezulta µ =3.2

η este 0,5 pentru cadre cu noduri deplasabile

Valori citite din axis la o treime din inaltimea stalpului raportat la baza acestuia.Noua sectiune a stalpului are h=46.6 si noua sectiune a grinzii are h=33.37cm.

Page 13 of 25

Page 14: Calcul Hala Deschidere 20m

Hala metalicaUBM - CCIA

Ir = 7927.7 cm4

Is= 7424.4 cm4

ls = 600 cm lungime stalp lr = 1000 cm lungime rigla

Pentru β=0.88 prin interpolare rezulta lfl/hs=2.28

aria stalp la 1 / 3 Iy=40168.3 Iz=4170.3

Iw =1810182 Wel=1855.3 Wpl=2270

fy = 235 N/mm2

Din curba `` b`` rezulta

2.1.5.2. Flambaj fata de axa z – z

fy = 235 N/mm2

Page 14 of 25

Page 15: Calcul Hala Deschidere 20m

Hala metalicaUBM - CCIA

Din curba `` c`` rezulta

2.1.5.3. Flambaj lateral

C1=1,14-pentru moment variabil intredoua rigle

Iz=4170 cm4 – valoare citita din Axis

Iw=1810182 cm6 – valoare citita din Axis

Lcr.LT=2 m

G=8.1·104 modul de elasticitate transversal

It=80.4 moment de inertie perpendicular pe directia grinzii.

2.97)18.866.1252(3

1 33 =⋅+⋅⋅=tI

cm3

Din curba `` d`` rezulta .

Page 15 of 25

Page 16: Calcul Hala Deschidere 20m

Hala metalicaUBM - CCIA

Coeficientii kyy si kzy

+=1/

6.01MRky

Edymyyy N

NCk

γχλ

Din Anexa B – SR EN 1993 – 1 – 1 tabelul B.3 rezulta

]

.29.123508.1569.0

240006.019.0 =

⋅⋅+=

MRk=Wy.el·fy=9440890 daNcm.

NRk=Aeff·fy=156.8·2350=368456.5daN.

Verificarea la flambaj

Page 16 of 25

Page 17: Calcul Hala Deschidere 20m

Hala metalicaUBM - CCIA

Sectiunea stalpului este corect dimensionata la flambaj.

2.2. Calculul rigla vutata

2.2.1. Datele tehnice ale riglei transversale

Materialul: S235Lungime L=20 m - deschiderea halei

Se alege rigla vutata cu sectiune variabila in forma de I sau H din table subtiri imbinate prin sudura continua, astfel:- Sectiunea riglei la capul stalpului:

h=80 cm;b=25 cmtw=1.0 cmtf=1.6 cm

- Sectiunea riglei la terminarea vutei si a riglei cu sectiune constanta:h=40 cm;b=25 cmtw=1.0cmtf=1.6 cmL1 = 4.5 m – lungimea vutata la stalp a riglei.

NEd=-232.6 KN VEd=-216.9 KN MEd= -738.5 KN·m2.2.3. Calculul clasei sectiunii riglei

a) Talpa comprimata

rezulta talpa este clasa1 1-

conf tab 1.1.b pag11.

b) Inima solicitata la compresiune si incovoiere

Page 17 of 25

Page 18: Calcul Hala Deschidere 20m

Hala metalicaUBM - CCIA

Ax = 156.8 cm2 aria sectiunii inimiify = 235 N/mm2

Pentru rezulta

nu verifica 1-conf tab 1.1.a

pag10

-pentru clasa 3 187.0123508.156

1006.23221

2−>−=−

⋅⋅⋅=−

⋅=

yx

Ed

fA

9.109288.067.0

42

33.067.0

42 =+

=+

≤ψ

εt

c verifica→clasa 3.

Clasa sectiunii riglei=max.(clasa talpii comprimate;clasa inimii) = clasa 3Calculele se vor efectua in continuare folosind Abrut - aria bruta si Wel y.

2.2.4. Evaluarea rezistentelor sectiunii

2.2.4.1. Rezistenta sectiunii transversale la incovoiere monoaxialaCapacitatea portanta a sectiunii transversale la incovoiere

monoaxiala pentru sectiuni clasa 3 se calculeaza astfel:Wy el = 4017.4 cm4

γM0 = 1

Mc Rd = 4017.4·2350=944.08 KNm

.

Sectiunea rezista la incovoiere monoaxiala.

2.2.4.2. Rezistenta sectiunii transversale la forta taietoareValoarea de calcul a rezistentei plastice la forfecare este:

η = 1.2

Vpl Rd = 1250.4 KN

Page 18 of 25

Page 19: Calcul Hala Deschidere 20m

Hala metalicaUBM - CCIA

<1

Deoarece VEd<0,5VplRd, efectul fortei taietoare asupra momentului de rezistenta se neglijaza.Influenta efortului axial

1M

yf

γσ ≤ .235061.1986

4.44017

1051.738

8.156

106.232 42

.

.. ≤=⋅+⋅=+=

yel

yEdEdEdx W

M

A

2.2.2.5. Rezistenta la flambaj lateral (deversare)

LσLT = 310 cmE = 2,1 x 106 daN/cm2

C1 = 1.0Iz =4173.1 cm4 Iw=160696.9 cm6

It =92.6 cm4

Gt= 8.1 x 104

Mcr= 6156213.52 daNcmWy el s=4017.4 cm3

-curba d cu ΧLT =0.88

=0.88·4017.1·2350=830.73 KNm

.

Verifica conditia de flambaj (deversare)

2.2.6. Rezistenta la voalare din forfecare

-la fel ca la stalp .5.02.047.977

8.200

.

<==Rdbw

Ed

V

V

Page 19 of 25

Page 20: Calcul Hala Deschidere 20m

Hala metalicaUBM - CCIA

Verifica conditia de voalare din forfecareRezistenta la flambaj vertical

verifica

k=0.55 se utilizeaza momentul rezistent plastic.Afc=aria talpii.2.2.7. Verificarea la flambaj2.2.7.1. Verificarea la flambaj fata de axa Y – Y

Lcr y = 0.6·1000=600 cm.

2.2.7.2. Verificare flambaj fata de axa Z – Z Lcr z = 310 cm

Χz = 0.7489 - curba c.

2.2.7.3. Flambaj lateralWy el =4017.4 cm3

MRk=9440890daN

NRk=156.8·2350=368480daN

Coeficientii kyy si kzy au aceleasi formule ca si la stalp

Page 20 of 25

Page 21: Calcul Hala Deschidere 20m

Hala metalicaUBM - CCIA

Verificarea la flambaj

Sectiunea riglei este corect dimensionata la flambaj.

2.3. Calcul rigla constanta

2.3.1. Datele tehnice ale riglei transversale

Materialul: S235Lungime L=22 m - deschiderea halei

Se alege rigla vutata cu sectiune variabila in forma de I sau H din table subtiri imbinate prin sudura continua, astfel:- Sectiunea riglei constante

h=40 cm;b=25 cmtw=1.0cmtf=1.6 cm

NEd=-127.28 KN VEd=-73.14 KN MEd= -220.65 KN·m2.2.3. Calculul clasei sectiunii riglei

Capatul riglei – sectiunea este solicitata la compresiune si incovoiere

c) Talpa comprimata

rezulta talpa este clasa1 1-

conf tab 1.1.b pag11.

d) Inima solicitata la compresiune si incovoiere

Page 21 of 25

Page 22: Calcul Hala Deschidere 20m

Hala metalicaUBM - CCIA

-

pentru clasa 2fy = 235 N/mm2

Pentru rezulta

verifica -lucram cu aria bruta si

Wpl.y 1-conf tab 1.1.a pag10.Clasa 2.

2.3.4. Evaluarea rezistentelor sectiunii

2.3.4.1. Rezistenta sectiunii transversale la incovoiere monoaxialaCapacitatea portanta a sectiunii transversale la incovoiere

monoaxiala pentru sectiuni clasa 2 se calculeaza astfel:Wy el = 4684.6 cm4

γM0 = 1

Mc Rd = 1683.06·2350=395.51 KNm

.

Sectiunea rezista la incovoiere monoaxiala.

2.2.4.2. Rezistenta sectiunii transversale la forta taietoareValoarea de calcul a rezistentei plastice la forfecare este:

η = 1.2

Vpl Rd = 599.15 KN

Deoarece VEd<0,5VplRd, efectul fortei taietoare asupra momentului de rezistenta se neglijaza.Influenta efortului axial

Page 22 of 25

Page 23: Calcul Hala Deschidere 20m

Hala metalicaUBM - CCIA

1M

yf

γσ ≤ .23501668

06.1683

1065.220

79.116

1028.127 42

.

.. ≤=⋅+⋅=+=

yel

yEdEdEdx W

M

A

2.2.2.5. Rezistenta la flambaj lateral (deversare)

LσLT = 115 cm-distanta intre paneE = 2,1 x 106 daN/cm2

C1 = 1.0Iz =4169.7 cm4 Iw=33661.2 cm6

It =79.3 cm4

Gt= 8.1 x 104

Mcr= 6259022 daNcmWy pl=1874.6 cm3

-curba d cu ΧLT =0.65

.

Verifica conditia de flambaj (deversare)

2.2.6. Rezistenta la voalare din forfecare

-nu mai trebuie facuta verificarea.

Verifica conditia de voalare din forfecareRezistenta la flambaj vertical

verifica

k=0.55 se utilizeaza momentul rezistent plastic.Afc=aria talpii.

Page 23 of 25

Page 24: Calcul Hala Deschidere 20m

Hala metalicaUBM - CCIA

2.2.7. Verificarea la flambaj2.2.7.1. Verificarea la flambaj fata de axa Y – Y

Lcr y = 0.6·1000=600 cm.

Χy = 0.97 curba b

2.2.7.2. Verificare flambaj fata de axa Z – Z Lcr z = 115 cm

Χz = 1 - curba c.

2.2.7.3. Flambaj lateralWy pl =1874.6 cm3

MRk=1874.6·2350=4405310

NRk=116.8·2350=274480

Coeficientii kyy si kzy au aceleasi formule ca si la stalp

Verificarea la flambaj

Page 24 of 25

Page 25: Calcul Hala Deschidere 20m

Hala metalicaUBM - CCIA

.

Sectiunea riglei este corect dimensionata la flambaj.

Page 25 of 25