PARTEA II

CONSTRUCTIILE HALELORINDUSTRIALE CU STRUCTURA

METALICA

3

Cuprins

II CONSTRUCTIILE HALELOR INDUSTRIALE CU STRUC-TURA METALICA 3

7 Hale industriale cu structura metalica 27.1. Aspecte generale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

7.1.1. Domeniul de aplicare a structurilor de rezistenta metalice . . . . . . . . . 37.2. Forme n elevatie si n plan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

7.2.1. Rosturile halelor industriale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87.3. Compunerea rationala a cadrelor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

7.3.1. Cadre cu o deschidere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107.3.1.1. Stabilirea dimensiunilor verticale . . . . . . . . . . . . . . . . . 107.3.1.2. Stabilirea dimensiunilor orizontale . . . . . . . . . . . . . . . . 12

7.3.2. Cadre cu mai multe deschideri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137.4. Contravntuirile halelor industriale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

7.4.1. Contravntuiri n planul stlpilor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167.4.2. Contravntuiri n planul acoperisului . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

7.5. Structura de rezistenta a acoperisului . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207.5.1. Notiuni generale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207.5.2. nvelitorile acoperisului . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217.5.3. Pane de acoperis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

7.5.3.1. Pane cu inima plina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257.5.3.2. Pane cu zabrele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

7.6. Calculul structurii de rezistenta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297.6.1. Principii de selectare ale schemelor de calcul . . . . . . . . . . . . . . . . 297.6.2. Actiuni asupra halelor cu structura metalica . . . . . . . . . . . . . . . . 31

7.6.2.1. ncarcari permanente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327.6.2.2. ncarcari din actiunea zapezii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357.6.2.3. ncarcari din actiunea vntului . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367.6.2.4. ncarcari din actiunea podurilor rulante . . . . . . . . . . . . . 407.6.2.5. ncarcari din actiunile seismice . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

7.6.3. Calculul spatial al structurii de rezistenta a halelor . . . . . . . . . . . . 487.6.4. Calculul static al cadrelor transversale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 547.6.5. Determinarea eforturilor de calcul n elemente . . . . . . . . . . . . . . . 56

8 Stlpii halelor industriale 588.1. Alcatuirea stlpilor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

8.1.1. Forme constructive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 588.1.2. Lungimi de flambaj . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

8.2. Dimensionarea stlpilor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 618.2.1. Stlpi cu inima plina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

1

2 Capitolul 6

8.2.2. Stlpi cu ramuri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 638.3. Nodurile de mbinare ale stlpilor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

8.3.1. mbinarea partii superioare si inferioare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 648.3.2. Baza stlpului . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

9 GRINZI CU ZABRELE 689.1. Generalitati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

9.1.1. Dimensiuni generale ale fermelor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 709.2. Calculul grinzilor cu zabrele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

9.2.1. ncarcarile grinzilor cu zabrele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 719.2.2. Calculul eforturilor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 719.2.3. Lungimile de flambaj ale barelor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 719.2.4. Sectiunile barelor grinzilor cu zabrele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 729.2.5. Dimensionarea barelor grinzilor cu zabrele . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

9.3. Solutii constructive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 749.3.1. Principii generale de alcatuire a nodurilor . . . . . . . . . . . . . . . . . 749.3.2. Nodurile grinzilor cu zabrele dintr-o corniera . . . . . . . . . . . . . . . . 769.3.3. Nodurile grinzilor cu zabrele alcatuite din bare cu sectiune din doua corniere 769.3.4. Nodurile grinzilor cu zabrele cu talpi

din profile T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 809.4. Grinzi cu zabrele din tevi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

9.4.1. Grinzi cu zabrele din tevi dreptunghiulare . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

10 GRINZILE CAILOR DE RULARE 8510.1. Generalitati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

10.1.1. ncarcarile cailor de rulare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8610.1.2. Grinzi de rulare cu inima plina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

10.2. Calculul grinzilor de rulare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8910.2.1. Calculul la rezistenta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8910.2.2. Calculul la oboseala . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9210.2.3. Verificarea la voalare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9310.2.4. Calculul legaturii inima-talpi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9410.2.5. Verificarea rigiditatii grinzii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

10.3. Predimensionarea grinzilor de rulare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

Capitolul 7

Hale industriale cu structura metalica7.1. Aspecte generaleHalele industriale adapostesc procesul de productie. De obicei, ele se prevad cu utilaj de

ridicare si transportare (poduri rulante, grinzi rulante suspendate etc.). Scheletul are destinatiade a prelua ncarcarile ce apar n timpul exploatarii si poate fi executat din metal, beton saumixt (de exemplu, stlpii din beton armat, grinzile de rulare si fermele din metal). Variantafinala se va alege dupa o analiza tehnico-economica. De regula, schelet metalic se foloseste nhale industriale cu deschideri mari si cu poduri rulante de capacitate mare.Principalele elemente ale halelor industriale sunt reprezentate n fig. 7.1. Structura de

rezistenta principala este cadrul transversal, format din stlpi, ancorati (ncastrati) n fundatiide beton, si rigle (ferme, grinzi).

Fig. 7.1. Elemente principale ale halelor industriale metalice:1 stlpi; 2 ferme de acoperis; 3 grinzi de rulare; 4 luminatoare; 5 contravntuiri.

Forma si dimensiunile scheletului metalic se determina functie de gabaritul utilajului, trans-portului intern de uzina s. a. La proiectarea halelor industriale se iau n consideratie conditiilede iluminare naturala si ventilare a spatiului din interiorul lor, cnd au loc degajari mari decaldura si gaze.O importanta foarte mare la comportarea carcasei o au podurile rulante. ncarcarile proven-

ite din actiunea podurilor rulante, fiind dinamice, cu valori numerice considerabile, conduc ladistrugerea prematura a elementelor structurale, n special a grinzilor de rulare. Din acestmotiv la proiectarea structurii de rezistenta este necesar sa se considere regimul de functionarea podurilor rulante, care depinde de destinatia halei si procesele tehnologice n ea.Regimul de functionare a podurilor rulante se caracterizeaza prin: coeficientul de utilizare

n regim de ncarcare maxima (raportul dintre masa medie a ncarcarii ntr-un schimb si capaci-tatea de ridicare); durata relativa de functionare a podului (raportul dintre timpul functionarii

2

7.1. Aspecte generale 3

si timpul total) ntr-un schimb sau ntr-un an, frecventa de cuplare a podului ntr-o ora.Conform STAS 25546-82 "Utilaje de ridicare. Regimuri de lucru" (n rusa), pentru toate

podurile rulante au fost stabilite patru regimuri de functionare (usor "U", mediu "M", greu"G", foarte greu "FG") si opt grupe, notate 1K...8K. Grupa regimului de lucru depinde denumarul total de cicluri pe durata de exploatare si de coeficientul de ncarcare Kp

Kp =Xi

QiQ

3 cict, (7.1)

unde Qi este masa ncarcaturii, transportata n timpul total de exploatare cu numarul de ciclurici; ct =

Pci; Q capacitatea portanta a podului rulant.

n regimul usor (U) se ncadreaza podurile rulante din grupele 1K, 2K, 3K, care functioneazacu pauze ndelungate si sunt destinate pentru efectuarea lucrarilor de reparatie sau de montare.La regimul mediu (M) se refera podurile rulante din grupele 4K, 5K si 6K, destinatia carora

este raportata la procesele de productie sau tehnologice n sectiile de mecanica, asamblare aproductiei n serie mijlocie a halelor industriale.n regimul de lucru greu (G) se ncadreaza podurile rulante din grupa 7K (uneori si 6K),

care functioneaza n sectii cu productie n serie mare, inclusiv n sectiile productiei siderurgice.n regim de functionare foarte greu (FG) se ncadreaza podurile rulante (grupa 8K), care

functioneaza n doua sau mai multe schimburi cu ridicari frecvente ale ncarcaturilor maxime,unde toti parametri sunt aproximativ egali cu unitatea.Suspensia ncarcaturii la podurile rulante cu regim de functionare usor, mediu si greu este

flexibila. Suspensia rigida, care se foloseste la podurile cu regim foarte greu de functionare,impune o rigiditate majorata scheletului metalic, iar grinzilor de rulare rezistenta la obosealasi fiabilitate nalta. Din aceste motive n caietul de sarcini pentru proiectare va fi indicat regimulde functionare a utilajului de transportat-ridicat.La comportarea si longevitatea constructiilor metalice o importanta mare are gradul de

agresivitate al mediului, care se caracterizeaza prin viteza de coroziune a metalului neprotejat.n dependenta de concentratia gazelor agresive si umiditatea relativa se disting patru grupe:mediu neagresiv (viteza de coroziune nu depaseste 0, 01 mm/an); mediu slab agresiv (pna la0, 05 mm/an); mediu temperat agresiv (pna la 0, 1 mm/an) si mediu puternic agresiv (maimult de 0, 1 mm/an). Pentru constructii care se vor exploata n mediu cu grad mai mare deagresivitate (cu viteza de coroziune mai mare de 0, 05mm/an) se vor alege marca respectivade otel si acoperirea cu straturi anticorozive.

7.1.1. Domeniul de aplicare a structurilor de rezistentametalice

Folosirea constructiilor din metal n cadrul halelor industriale este conditionata de un setde parametri, cum ar fi prezenta cailor de acces, posibilitatea aprovizionarii etc. Din practicainginereasca n hale industriale cu un nivel sunt recomandate urmatoarele constructii metalice.

1. Ferme de acoperis:

n hale cu deschideri de 30 m si mai mari;

n hale ncalzite cu deschideri de 24 m si mai mari, cu travee pna la 12 m, inclusiv, cuutilaj de ridicare si transportare cu capacitatea mai mare de 2 t;

4 Capitolul 7

n hale cu utilaj suspendat de ridicare si transportare cu capacitatea mai mare de 5 t;

n hale cu ncarcari dinamice mari;

n hale construite n zone cu seismicitatea de 8 grade cu deschideri nu mai mici de 24 msi n zone cu 9 grade cu deschideri nu mai mici de 18 m.

n cazurile enumerate, fermele pot fi folosite n combinare cu stlpi din metal sau betonarmat. Daca stlpii halei sunt din otel, atunci ferme de acoperis din otel pot fi folosite n toatecazurile.

2. Stlpi:

n hale fara utilaj de ridicare si transportare, cnd naltimea de la podea pna la fermeeste mai mare de 18 m;

n hale cu poduri rulante avnd capacitatea de ridicare 50 t si mai mare sau cu capacitateade ridicare mai mica, dar cu regim greu sau foarte greu de functionare;

cnd traveele sunt mai mari de 12 m.

3. Grinzi ale cailor de rulare pentru hale cu travee de 6 si 12 m si poduri rulante cu capacitatede ridicare 50 t si mai mari.

4. Luminatoarele, contravntuirile, grinzile si stlpii de paianta (cnd stlpii de baza suntdin otel).

5. nvelitori din tabla ondulata de otel n hale construite n zone cu seismicitate de 8 si 9grade.

7.2. Forme n elevatie si n plana halelor industriale

Structura de rezistenta (carcasa) a halelor industriale, de regula, se proiecteaza n asa modnct capacitatea portanta (inclusiv rigiditatea) n plan transversal sa fie asigurate de cadreplane transversale, iar pe directie longitudinala de elementele longitudinale, panourile denchidere si de acoperis.Cadrele transversale sunt alcatuite din stlpi si rigle (grinzi cu zabrele sau grinzi cu inima

plina), mbinate rigid sau articulat de stlpi (fig. 7.1).Elementele longitudinale ale structurii de rezistenta sunt grinzile cailor de rulare, fermele-

jug, contravntuirile n planul acoperisului si n planul stlpilor, panele de acoperis s.a.n structura de rezistenta se includ constructiile de paianta frontale (uneori si longitudinale),

platformele, scarile si alte elemente.Scheme constructive ale carcaselor sunt multiple. n hale cu pasii stlpilor egali cea mai

simpla este schema prezentata n fig. 7.2, a, b, care consta din cadre transversale pe care reazemaconstructiile de rulare, panourile sau panele de acoperis. Aceasta structura (cu una sau maimulte deschideri) satisface cerintele tehnologice pentru majoritatea uzinelor constructoare demasini. Schema respectiva poate fi folosita pentru hale fara luminatoare sau cu luminatoarelongitudinale.

7.2. Forme n elevatie si n plan 5

Constructiile luminatoarelor transversale pot fi utilizate pentru sprijinirea panourilor deacoperis (fig. 7.2, a, c). n cazul cnd procesele tehnologice necesita spatii largi, poate fiutilizata solutia cu luminatoare longitudinale, care vor prelua o parte din greutatea acoperisului(fig. 7.2, d). n cazul dat pe elementele luminatoarelor reazema pane paralele cu fermele deacoperis. Capetele opuse pot rezema pe ferme-jug, amplasate pe stlpii intermediari ai halei.Pentru hale cu deschideri relativ mici (12...24 m) si naltimea n limitele 5...8 m pot fi

utilizate cadre, elementele structurale ale carora vor avea sectiunea plina (fig. 7.2, e). Schemarespectiva poate fi folosita pentru hale cu una sau mai multe deschideri, fara sau cu podurirulante (Qmax = 20 t), cu sau fara luminatoare. Structurile de rezistenta pot fi cadre rigide,cadre n trei articulatii cu sau fara tiranti; podurile rulante pot fi amplasate pe console sau peestacade usoare. Sectiunile transversale ale cadrelor, de regula, sunt compuse din profile U sifoi de otel. Realizarea, transportarea si montarea acestor constructii este comoda si simpla.

I

a) b) c)

d)

e)

1

1

2

2

1 1 2 2

3 3 4 43

3

4

4

I

II

III

II

III

IIII I

Fig. 7.2. Scheme de alcatuire a carcaselor halelor industriale din otel: I panouri de acoperis;II luminatoare; III ferme de acoperis.

Schemele constructive ale structurilor de rezistenta se disting prin tipul mbinarii dintrestlpi si rigle. n cazul mbinarii rigide a fermei cu stlpii (fig. 7.3, a) rigiditatea cadruluieste mai mare dect n cazul mbinarii articulate (fig. 7.3, b). n hale cu o singura deschidere,

6 Capitolul 7

cu regim de lucru intens, deplasarile orizontale excesive ale stlpilor pot crea dificultati lafunctionarea podurilor rulante si deaceea este necesara o rigiditate sporita a cadrelor. Dinacest motiv mbinarea rigida ferma-stlp este recomandata pentru hale cu o deschidere si regimde lucru G sau FG. n celelalte cazuri se va utiliza mbinarea articulata ferma-stlp.n hale cu mai multe deschideri fortele orizontale vor fi preluate de mai multi stlpi, de-

plasarile orizontale vor fi mai mici si deaceea se pot folosi scheme constructive cu ferme prinsearticulat de stlpi (fig. 7.3, c).Halele cu mai multe deschideri si naltimi diferite pot fi modelate avnd si mbinari rigide,

si mbinari articulate (fig. 7.3, d).Rezemarea stlpilor halelor industriale, de regula, se considera rigida n planul cadrului.

Sunt posibile solutii de alcatuire n care unii stlpi vor fi ncastrati, altii articulati n fundatii(fig. 7.3, e). Aceasta solutie constructiva este utilizata mai frecvent n cazul prezentei proceselortehnologice cu degajari de caldura.

a) b)

c)

d)

e)

Fig. 7.3. Scheme constructive si de calcul.

Amplasarea n plan a stlpilor se efectueaza tinnd cont de factorii tehnologici, constructivisi economici. Distantele dintre stlpi vor fi racordate la dimensiunile de gabarit a utilajuluitehnologic, a utilajului de transportare si ridicare, la directia fluxului tehnologic. Dimensiunilefundatiilor sub stlpi se concordeaza cu amplasamentul si dimensiunile de gabarit a constructi-

7.2. Forme n elevatie si n plan 7

ilor subterane (fundatii sub utilaj, colectoare etc.). Stlpii se amplaseaza pe axe paralele (fig.7.4) n asa mod nct mpreuna cu riglele sa formeze cadre transversale, adica n hale cu maimulte deschideri stlpii de pe linii diferite se distribuie pe o axa.

Dimensiunile n plan trebuie sa fie multiple, de obicei, modulului de 600 cm si n unelecazuri modulului 1200 cm. Deschiderile se accepta de 12, 24, 30, 36 si 42 m, iar traveile, deregula, 6 sau 12 m. Pe fetele frontale ale halelor stlpii se deplaseaza n interior de la reteauamodulara cu 500 mm pentru a fi posibila folosirea panourilor de perete tipizate.

B

A

Des

chid

erea

(L)

1 2 3 4 5 6 7 9

500 500Traveea stalpilor (B)

I

II

8

B

A

Des

chid

erea

(L)

1 2 3 4 5 6 7 9

500 500Traveea stalpilor (B)

I

II

8

C

Des

chid

erea

(L)

a)

b)

Fig. 7.4. Amplasarea stlpilor n plan: I axe transversale; II axe longitudinale.

Deseori din conditii tehnologice n halele cu mai multe deschideri traveia stlpilor interme-diari se accepta marita, dar multipla traveii stlpilor marginali (fig. 7.4, b)

8 Capitolul 7

7.2.1. Rosturile halelor industriale

Conditiile tehnologice si necesitatile de fabricatie uneori impun pentru hale industriale di-mensiuni n plan foarte mari. Pentru astfel de constructii n urma variatiilor de temperatura(climatice sau tehnologice) apar deformatii suplimentare considerabile, care conduc la formareafisurilor n elementele de nchidere si supratensionarea elementelor structurale. Halele cu struc-tura metalica au stlpi rari si flexibili, care se deformeaza usor sub actiunea variatiilor de tem-peratura. n fig. 7.5 sunt reprezentate deplasarile stlpilor unei hale generate de temperatura.Cu ct stlpii sunt mai ndepartati de mijlocul halei, cu att mai mult ei se ncovoaie.

22 33

Fig. 7.5. Deplasarile stlpilor generate de temperatura

Variatiile de temperatura produc modificari ale lungimii elementelor de constructie, eledepind de amplasarea structurii (n aer liber sau adapostita) si de faptul daca hala este ncalzita.Pentru a evita aparitia n elementele structurii de rezistenta a unor tensiuni mari, halele sefragmenteaza n directie longitudinala si transversala cu rosturi, care separa toate elementelede constructie (inclusiv cele de nchidere), formnd blocuri (tronsoane) termice. Fundatiile nuse fragmenteaza, fiindca ele nu sunt supuse actiunii variatiei de temperatura. Distantele dintrerosturile termice pot fi determinate considernd deformatiile din variatia de temperatura. Acestcalcul nu este necesar daca dimensiunile blocurilor termice nu depasesc marimile prezentate ntabelul 7.1.

Tabelul 7.1. Dimensiunile maxime ale tronsoanelor termice.Structura metalica Structura mixta

Caracteristica halei Lungimea Latimea Lungimea Latimeatronsonului, m tronsonului, m tronsonului, m tronsonului, m

Hale ncalzite 230 150 65 65Hale nencalzite si 200 120 45 45hale cu procese calde

Rosturile termice transversale, de regula, se realizeaza prin amplasarea a doua cadre separatealaturate (v. fig. 7.6, a, axa 30). Stlpii cadrelor respective se deplaseaza cu 500 mm de la axatransversala, analogic stlpilor partii frontale a halei.Rosturile termice longitudinale se solutioneaza prin fragmentarea structurii de rezistenta

n doua sau mai multe blocuri. Solutionarea respectiva prevede introducerea unei axe supli-mentare, amplasata la distanta 1000...1500 mm de la axa de baza (fig. 7.6, a, axele D siE).

7.3. Compunerea rationala a cadrelor 9

n unele cazuri procesele tehnologice impun amplasarea cadrelor n planuri reciproc perpen-diculare. Fragmentarea halei n cazul dat se realizeaza prin introducerea unei axe auxiliare.Distanta ntre axa longitudinala a unui bloc si axa frontala a blocului doi se accepta 1000 mm,iar stlpii se deplaseaza n interior cu 500 mm (fig. 7.6, b).

K

J

Des

chid

erea

1 2 3 4 5 6 7 60

500 500

Lungimea tronsonului termic8 9 10 58 59

E

D

C

B

A

30

Des

chid

erea

Des

chid

erea

Traveea stalpilor marginali

Traveea stalpilor intermediari

500500

1000

... ...1

500

Latim

ea tr

onso

nulu

i ter

mic

I

II

a) b)

500500

500

500

1000

Des

chid

erea

Deschiderea

III

Fig. 7.6. Amplasarea stlpilor n hale cu rosturi: I rost termic longitudinal; II rost termictransversal; III axa suplimentara.

Este necesar de remarcat, ca tasarile neuniforme ale terenului de fundare genereaza efectenefavorabile, analogic variatiei de temperatura. n acest caz se realizeaza rosturi de deformatie(dilatare), nsa spre deosebire de rosturile termice, se separa si fundatiile stlpilor alaturati,obtinndu-se tronsoane independente. n practica, de regula, pozitia rosturilor de dilatarecoincide cu pozitia rosturilor termice.

7.3. Compunerea rationala a cadrelortransversale

Compunerea rationala include stabilirea dimensiunilor de baza a elementelor structurale nplanul cadrului transversal. Dimensiunile verticale se stabilesc n raport cu nivelul podelei,considerat cota zero. Dimensiunile orizontale se raporta la axele longitudinale.

10 Capitolul 7

7.3.1. Cadre cu o deschidere

7.3.1.1. Stabilirea dimensiunilor verticaleDimensiunile de gabarit verticale n hale sunt functie de conditiile tehnologice. Ele sunt

determinate de distanta de la cota zero pna la cota sinei caii de rulare (CSR) h1 si distanta dela CSR pna la cota inferioara a acoperisului (CIA) h2. Suma acestor dimensiuni este naltimeainterioara a halei h (fig. 7.7). naltimea halelor se va accepta n asa mod nct sa fie asiguratun interval minim de 200...400 mm ntre utilajul tehnologic si nivelul de jos al acoperisului.n hale cu poduri rulante dimensiunile verticale se determina reiesind din gabaritele po-

durilor rulante si cotei sinei de rulare, care se ia din conditii tehnologice (determinate denaltimea de ridicare deasupra podelei). Dimensiunile podurilor rulante sunt date n standardesi prescriptii tehnice.

b1

bo

b2B1 H

p

h scr

h gr

a+10

0

h 1h 2

h 3

h

l 1l 2

h lh o

Lp

L

00,0

CSR

CIAi

i i

ih acp

60...75

Fig. 7.7. Schema pentru determinarea dimensiunilor n cadrul transversal cu o deschidere.

naltimea partii superioare h2 este determinata de naltimea podului rulant

h2 = Hp + 100 + a, (7.2)

unde 100 mm este rostul minim dintre carucior si grinda acoperisului; a = 200...400 mm dimensiune, care tine seama de sageata grinzii acoperisului (pentru deschideri mai mari seutilizeaza marimi mai mari); Hp naltimea podului rulant (distanta de la sina de rulare pnala marginea de superioara a caruciorului).

7.3. Compunerea rationala a cadrelor 11

Dimensiunea finala h2 se va accepta multipla la 200 mm.naltimea interioara a halei

h = h1 + h2, (7.3)

unde h1 este distanta de la cota zero pna la nivelul superior al sinei caii de rulare (naltimeautila a halei).Dimensiunea h pentru naltimi pna la 10, 8 m trebuie sa fie multiplu cu 1200 mm, pentru

naltimi mai mari dect 10, 8 m multiplu cu 1800 mm (raportata la dimensiunile panourilorde nchidere). Daca este necesar de corectat marimea h, atunci se majoreaza naltimea utila h1folosind relatia (7.3), pastrnd h2 minim.Lungimea partii superioare a stlpului

l2 = h2 + hgr + hs, (7.4)

unde hgr este naltimea grinzii de rulare, care pentru calcule preliminare se accepta n limitele18... 110din traveia stlpilor (lungimea grinzilor de rulare) sau poate fi luata din tabelul 7.2; hs

naltimea sinei de rulare (conform tabelului 7.2).

Tabelul 7.2. naltimile sinelor si grinzilor de rulare.

Sina de rulare naltimea grinziiCapacitatea de conform de rulare hgr, mmridicare Q, t STAS 4121-76* pentru travei

Marca hs, mm 6 m 12 m620/5 P43 140 800 110032/5 KP70 120 1300 160050/12,5 KP80 130 1300 160080/20 KP100 150 1350 1650100/20 KP120 170 1730 2030>125/20 KP120 170 1730 2030

Lungimea partii inferioare a stlpului

l1 = h l2 + h3, (7.5)

unde h3 este cota de jos a placii de reazem a bazei stlpului.n hale industriale cu poduri de rulare cu capacitatea de ridicare pna la 50 t cota marginii de

sus a fundatiei trebuie sa fie 0, 15 m (h3 = 150 mm). n celelalte cazuri adncimea stlpuluisub cota zero depinde de naltimea traversei bazei, si grosimei stratului de beton deasupratraversei care se ia mai mare de 200 mm (de regula, h3 = 600...1000 mm).Lungimea sectorului de stlp n limitele riglei depinde de naltimea de reazem h. Pentru

acoperisuri cu panta mica (i = 1, 5 %) si ferme alcatuite din doua corniere, conform STAS 23119-78* "Ferme de acoperis din otel sudate cu elemente din doua corniere pentru hale industriale"(n rusa), naltimea h va fi egala cu 2250 mm pentru deschideri de 18, 24 m si 3150 mm pentrudeschideri de 30, 36, 42 m.n cazul prezentei luminatoarelor, naltimea lor hl se va determina din calculul iluminarii

tinnd seama de dimensiunile tipizate a cercevelelor pentru luminatoare (1250 si 1750 mm) silatimea cornisei.naltimea acoperisului va fi

hacp = h + hl + (L/2)i, (7.6)

unde i este panta acoperisului.

12 Capitolul 7

7.3.1.2. Stabilirea dimensiunilor orizontalen cadrul determinarii dimensiunilor orizontale se vor considera racordarile unificate a stlpi-

lor de axe b (distanta de la muchia externa a stlpului pna la axa stlpului), exigentele derezistenta si rigiditate impuse stlpilor, cerintele de exploatare sigura.Racordarea b poate fi nula, 250 mm sau 500 mm. Racordarea nula se utilizeaza n hale

fara poduri rulante, n hale de naltime relativ mica cu traveia stlpilor de 6 m si dotate cupoduri rulante cu capacitatea de ridicare pna la 30 t.Racordarea b = 500 mm se accepta pentru hale nalte cu poduri rulante cu capacitatea de

ridicare mai mare de 100 t si n cazul prezentei trecerilor n partea superioara a stlpului (fig.7.8, b). n celelalte cazuri se utilizeaza b = 250 mm.Deschiderea halei L si deschiderea podului rulant Lpsunt legate cu relatia

L = Lp + 2. (7.7)

Deschiderea podului rulant este multipla cu 500 mm, deaceea dimensuinea trebuie sa fiemultipla cu 250 mm si sa satisfaca conditia

> (b2 b) +B1 + (60...75) mm; = b1 b, (7.8)

unde: b2, b1 sunt, respectiv, latimea partii superioare si inferioare a stlpului; B1 lungimeaconsolei podului rulant (distanta de la axa sinei de rulare pna la marginea podului rulant);60...75 mm distanta minima de la marginea podului de rulare pna la stlp (conform cerintelorimpuse de protectia muncii).n hale cu poduri rulante cu regim foarte greu de functionare sau cu mai mult de doua poduri

rulante cu regim mediu si greu de functionare ntre podul rulant si stlp se face o trecere (fig.7.8,a). n aceste cazuri la se vor adauga 450 mm (400 mm latimea trecerii; 50 mm latimeabarei de protectie). Trecerea poate fi proiectata si printr-un gol n inima stlpului (fig. 7.8, b).

2b 450 1B

0b

1b

L

2b 1B

1b

L

a) b)

60...75 60...75

Fig. 7.8. Proiectarea trecerilor n hale cu regim greu si foarte greu de functionare.

n hale cu poduri rulante cu regim usor, mediu sau greu de functionare latimea partiisuperioare a stlpului b2 se ia 500 mm (b = 250 mm) si mai rar 750 mm (b = 500 mm). Dacatrecerea se proiecteaza prin inima stlpului b2 = 1000 mm.

7.3. Compunerea rationala a cadrelor 13

Axa ramurii sub grinda de rulare a stlpului, de regula, coincide cu axa grinzii de rulare sin acest caz latimea partii inferioare

b1 = b + . (7.9)

Din considerente de rigiditate se recomanda

b1 >1

22l1; b2 >

1

12l2, (7.10)

sau b1 > 1/15l1 pentru hale cu regim greu si foarte greu de functionare al podurilor rulante.Partea superioara a stlpului, de regula, se va proiecta cu sectiunea dublu T; partea infe-

rioara se accepta cu inima plina daca latimea b1 nu este mai mare de 1000 mm si din elementedepartate, solidarizate cu zabrele cnd b1 > 1000 mm.Latimea luminatoarelor, de obicei, este 6 sau 12 m.

7.3.2. Cadre cu mai multe deschideri

n cazul proiectarii halelor industriale cu doua si mai multe deschideri se va tinde spretipizare optima a constructiilor structurii de rezistenta. Aceasta conditie poate fi ndeplinitanumai pentru cadre cu deschideri si naltime egale.

i ii i

i ii i

a) b)

Fig. 7.9. Cadre transversale cu mai multe deschideri.

Realizarea procesului tehnologic n hale cu deschideri egale deseori devine incomod; n acestcaz deschiderile se vor proiecta neegale, dar se va tinde spre un numar ct mai mic de deschidericu dimensiuni diferite (fig. 7.9, a). Sarpantele halelor cu multe deschideri, de regula, serealizeaza cu panta mica, iar evacuarea apelor pluviale este interioara.Pentru hale nencalzite si hale cu procese calde evacuarea apei pluviale este exterioara; n

cazurile respective acoperisurile se vor realiza n doua pante (fig. 7.9, b).n hale industriale ce adapostesc procese tehnologice cu caracter complex (de exemplu, cu

degajari intense de caldura sau gaze) devine rationala proiectarea cadrelor cu naltime diferita.Uneori exigentele fata de iluminare impun realizarea ferestrelor n limitele sectoarelor adiacentedenivelate.Compunerea rationala a schemei cadrelor denivelate implica solutionarea tipului acoperisu-

lui n limitele deschiderilor respective cu una sau n doua pante. Pentru deschideri marginalecu dimensiuni de gabarit mici este comoda realizarea sarpantei cu o panta (fig. 7.9, b). n cazuldeschiderilor adiacente mari devine rationala folosirea fermelor n doua pante cu unghiuri denclinare i diferite (fig. 7.9, a).La elaborarea solutiilor planimetrice a halelor cu multe deschideri se va tine cont de unele

particularitati. Halele n plan trebuie sa fie dreptunghiulare; deschiderile cu aceleasi naltimi

14 Capitolul 7

se vor grupa n blocuri; numarul deschiderilor cu dimensiuni diferite va fi ct mai mic posibil.Diferenta de naltimi ntre cadre adiacente mai mica de 1, 8m nu se recomanda; n cazul dat esterational sa se accepte naltime egala pentru toata hala (dupa naltimea mai mare). Diferenta denaltime ntre cadre adiacente de 1, 8 m este rationala daca latimea partii mai joase depaseste60 m.

b1

bo

b2B1 H

p

h scr

h gr

a+10

0

l 1l 2

h lh o

Lp

L

00,0

CSR

i

i i

i

b1

b2B1

h 1h 2

h 3

h

Lp

i

i i

i

B1

L

h acp

60...7560...75

Fig. 7.10. Dimensiunile caracteristice ale unei hale cu doua deschideri.

Determinarea dimensiunilor principale a stlpilor marginali este identic cazului cadrelor cuo deschidere, aplicndu-se relatiile (7.2) (7.10). Daca n diferite deschideri cu aceeasi naltimecapacitatea de ridicare a podurilor rulante este diferita, atunci naltimea h2 (fig. 7.10) se acceptareiesind din dimensiunile podului rulant mai mare. Folosirea relatiei (7.6) pentru determinareanaltimii acoperisului hacp se va acorda cu prevederile din STAS 23119-78*. Conform standar-dului respectiv, pentru hale cu mai multe deschideri naltimea de reazem h va fi 3150 mmpentru deschideri de 18 sau 24 m daca sunt prezente deschideri de 30, 36, 42 m.Dimensiunile h1, h2, h3 si h a stlpilor intermediari n hale cu naltimi egale se stabilesc

analogic stlpilor marginali. Latimea partii superioare b2 a stlpilor intermediari se accepta400, 700, 1000 mm. Parametrul trebuie sa satisfaca conditia (fig. 7.11, a)

> 0, 5b2 +B1 + (60...75) mm; = 0, 5b1, (7.11)

si

b1 = 2. (7.12)

Daca n deschiderile adiacente capacitatea de ridicare a podurilor rulante este diferita, atuncirezulta doua marimi diferite. Pentru deschideri cu naltimi egale stlpul se va proiectasimetric n raport cu axa, iar grinzile de rulare se vor racorda n functie de valoarea mai marea parametrului .

7.4. Contravntuirile halelor industriale 15

Un exemplu de dezaxare al unui cadru cu naltime diferita a deschiderilor (denivelat) esteprezentat n fig. 7.11, b. Deschiderile adiacente sunt separate printr-un perete. Pentru de-schiderea cu naltimea mai mica parametrul 0 trebuie sa fie

0 > b + prt + 450 mm+B1 + (60...75) mm, (7.13)

unde prt este grosimea panoului de perete; 450 mm latimea trecerii si barei de protectie.Dimensiunea 0 se va accepta multipla cu 250 mm.Partea inferioara a stlpului se va realiza nesimetrica si latimea va fi b1 = +

0. n modanalog se vor solutiona dimensiunile cadrelor cu configuratie diversa.

a) b)

b1

b2

bo B1450

b1

b2

prt

60...75B1

60...75

Fig. 7.11. Scheme pentru determinarea dimensiunilor orizontale ale stlpilor intermediari.

7.4. Contravntuirile halelor industrialecu structura metalica

Rigiditatea spatiala a halelor industriale cu un nivel este realizata prin sistemul cadretransversale-contravntuiri. ncarcarile exterioare n directie transversala sunt preluate decadrele transversale, n directie longitudinala de contravntuiri.Contravntuirile sunt elemente importante ale carcasei si n ansamblu cu celelalte elemente

ale structurii de rezistenta asigura:

combinarea cadrelor transversale ntr-un sistem spatial unic ca urmare a formarii discurilorrigide spatiale n limitele halei sau tronsonului termic;

redistribuirea actiunii sarcinilor locale catre cadrele transversale adiacente; preluarea si transmiterea catre fundatii a fortelor orizontale care actioneaza n sensullongitudinal al halei (presiunea vntului pe fetele frontale, forte seismice, forte din frnareapodurilor rulante) ;

stabilitatea elementelor comprimate ale structurii de rezistenta prin micsorarea lungimiilor de flambaj;

16 Capitolul 7

asamblarea elementelor structurale n pozitie de proiect, asigurnd totodata rezistenta sistabilitatea lor n procesul montarii.

Contravntuirile se vor proiecta n asa fel nct modul de transmitere a eforturilor dinpunctele de aplicare catre fundatii sa fie simplu.Sisteme de contavntuiri independente vor fi prevazute pentru fiecare bloc termic al halelor

industriale, iar pentru tronsoane cu naltime diferita n limitele fiecarui sector cu deschideride aceeasi naltime.

7.4.1. Contravntuiri n planul stlpilor

Rigiditatea stlpilor din planul cadrelor este redusa; prinderea lor de fundatii n directielongitudinala se considera articulata. Prinderea grinzilor de rulare de stlpi, cel mai frecvent,este deasemenea articulata. Sistemul format din stlpi, grinzi de rulare si panele acoperisuluieste deformabil n directie longitudinala. Pentru a asigura o rigiditate n sens longitudinal seprevad contravntuiri verticale (portale de frnare), care au destinatia de a crea cel putin undisc rigid. n fig. 7.12 sunt prezentate cteva scheme de realizare a discurilor rigide. Contravn-tuirile, de regula, sunt realizate din diagonale continue ncrucisate cu un unghi de 35...55 fatade verticala.

oo 55...35

a) b) c)1

1

22

1 12 2

d) e) f) g) h)

Fig. 7.12. Scheme de discuri rigide pentru halele cu poduri rulante.

Contravntuirile se amplaseaza n fiecare sir longitudinal al stlpilor (fig. 7.13). n haleindustriale cu poduri rulante contravntuirile verticale amplasate mai jos de grinda de rulare aurolul principal n transmiterea eforturilor catre fundatii. Ele n ansamblu cu doi stlpi, grinda derulare si fundatii alcatuiesc un disc rigid n directie longitudinala. Gradul de deformabilitate aelementelor adiacente, conectate la acest disc, depinde de numarul discurilor rigide si amplasarealor. n cazul discurilor rigide amplasate n traveile marginale eforturile suplimentare generatede variatia de temperatura pot conduce la pierderea stabilitatii a elementelor comprimate. Din

7.4. Contravntuirile halelor industriale 17

acest motiv discurile rigide se amplaseaza n mijlocul cladirii sau tronsonului termic n dreptultuturor sirurilor de stlpi (fig. 7.13, a). Pentru hale cu lungimi mari pot fi proiectate mai multeportale de frnare (fig. 7.13, b, c).

a)

b)

Disc rigid Tronson termic

00,0

CSR

CIA

00,0

CSR

CIA

Axa rostului termic transversal

1

2

3

c)

00,0

CIA

Fig. 7.13. Contravntuiri verticale n planul stlpilor n hale cu poduri rulante cu lungimeapna la 180 (a); mai mare de 180 m (b) si n hale cu poduri rulante suspendate sau farapoduri rulante (c): 1 stlpi; 2 grinzi de rulare; 3 traverse.

Distantele maxime ntre contravntuirile verticale sunt prezentate n tabelul 7.3.

Tabelul 7.3. Distante maxime dintre contravntuirile verticale.De la fata frontala a tronso- ntre axele contravn-

Caracteristica halei nului pna la axa celei mai tuirilor verticale napropiate contravntuiri, m limita unui tronson, m

Hale ncalzite 90 60Hale nencalzite si 75 50hale cu procese calde

n limitele traveilor frontale (marginale) si discului rigid deasupra grinzilor de rulare seamplaseaza contravntuiri verticale flexibile (fig. 7.13). Instalarea lor este necesara pentrutransmiterea fortelor orizontale Fh aplicate pe fata frontala, de exemplu, din actiunea vntului

18 Capitolul 7

sau seismice, catre fundatii. Schema de comportare a contravntuirilor la forte orizontale estereprezentata n fig. 7.14, a. Fortele provenite din frnarea podurilor rulante Fh se vor repartizaconform schemei din fig. 7.14, b.

a) b)Fh

Tf

Fig. 7.14. Comportarea contravntuirilor la actiunea fortelor orizontale: Fh efort provenit dinpresiunea vntului sau seism; Tf efort provenit din frnarea podului rulant.

7.4.2. Contravntuiri n planul acoperisului

Contravntuirile acoperisului au destinatia de a asigura rigiditatea spatiala a carcasei. Eleredistribuie fortele provenite din actiunile podurilor rulante la mai multe cadre transversale siasigura stabilitatea elementelor fermelor din planul lor.Sistema de contravntuiri a sarpantei contine legaturi orizontale si verticale. Contravn-

tuirile orizontale se amplaseaza n planul talpilor de sus si de jos ale fermelor, contravntuirileverticale se intaleaza, de regula, n planurile montantilor de reazem a fermelor de acoperis dinaceeasi traveie.Contravntuirile orizontale transversale n planul talpilor inferioare ale fermelor se am-

plaseaza n traveile marginale; daca lungimea blocului este mai mare de 144 m si n mijloculblocului (fig. 7.15, a). Contravntuirile se alcatuiesc prin unirea cu diagonale a nodurilortalpilor inferioare ale fermelor adiacente. Ferma orizontala rezultata ndeplineste doua functii.n primul rnd, receptioneaza de la montantii frontali fortele orizontale si le transmite ulte-rior contravntuirilor n planul stlpilor. n al doilea rnd, fixeaza contravntuirile verticale sitirantii pe talpile inferioare ale fermelor de acoperis.Trantii pe talpile inferioare a fermelor fixeaza aceste talpi, n acest mod micsornd lungimea

lor efectiva n afara planului fermei. Aceasta contribuie la reducerea vibratiei talpilor inferioareale fermelor de acoperis.Contravntuirile orizontale longitudinale n planul talpilor inferioare ale fermelor au des-

tinatia de a transmite incarcarile din actiunea podurilor rulante la cadrele adiacente, asig-urnd conlucrarea spatiala a structurii de rezistenta si reducerea deformabilitatii transversalea cadrelor. Aceasta permite evitatrea mpanarii podurilor rulante si distrugerea constructiilorde nchidere. Totodata, n cazul prezentei stlpilor de paianta n directie longitudinala (cndtraveia stlpilor de baza este 12 m) servesc n calitate de reazeme pentru capetele superioarea lor. n hale industriale nalte cu o deschidere si cu poduri rulante contravntuirile orizontalelongitudinale n planul talpilor inferioare ale fermelor este obligatorie.Traversele asigura pozitia de proiect al fermei n procesul de montare si reduc lungimea de

flambaj al talpilor superioare n afara planului fermelor de acoperis. Functia traverselor poate findeplinita si de catre panele de acoperis, dar numai acelea care sunt fixate contra deplasarilortransversale.

7.4. Contravntuirile halelor industriale 19

a)

11

1 1

1

2

3 4

4

4

4

4 3

b)

22

2 2

5

6

4

4

4

4 6

Fig. 7.15. Contravntuiri n planul sarpantei pe talpile inferioare (a) si pe talpile superioareale fermelor de acoperis (b): 1 contravntuiri orizontale transversale pe talpile inferioare alefermelor; 2 contravntuiri orizontale longitudinale pe talpile inferioare ale fermelor; 3 tiranti; 4 contravntuire verticala; 5 contravntuiri orizontale transversale pe talpile superioare ale fermelor;6 traverse.

20 Capitolul 7

Contravntuirile orizontale transversale n planul talpilor superioare ale fermelor se am-plaseaza analog celor n planul talpilor inferioare (fig. 7.15, b). Ele servesc pentru fixareatraverselor si panelor de acoperis. Aceste contravntuiri nu sunt necesare daca fermele adia-cente ale discului rigid se unesc prin contravntuiri verticale.Daca sarpanta acoperisului (panouri de beton armat sau panouri de otel din tabla cutata)

alcatuieste un disc rigid, atunci traversele si contravntuirile transversale n planul talpilorsuperioare sunt necesare numai n perioada de montare.Contravntuirile verticale (fig. 7.15) se instaleaza ntre doi montanti ai fermelor alaturate

n aceeasi traveie.

7.5. Structura de rezistenta a acoperisului

7.5.1. Notiuni generale

Acoperisul (sarpanta) halelor include nvelitoarea, constructiile portante (panele si fermelede acoperis) si contravntuiri, care asigura invariabilitatea spatiala, rigiditatea si stabilitateaacoperisului sau a unor elemente structurale ale acoperisului.Sarpantele pot fi realizate pe pane sau fara pane. n primul caz pe talpile superioare a

fermelor se amplaseaza pane din otel, de regula, cu pasul 1, 5 sau 3 m , iar pe ele se instaleazapanourile de acoperis sau platelaj din tabla striata (fig. 7.16, a). n a doua varianta panourilecu latimea 1, 0...3, 0 m si lungimea 6 sau 12 m se monteaza direct dr talpile superioare alefermelor (fig. 7.16, b).Nemijlocit pe talpile superioare ale fermelor pot fi instalate panouri de tabla de otel ondulata

(naltimea pna la 79 mm), urmnd sa se micsoreze distanta dintre ferme pna la 4 m sau sautilizeze panouri cu naltimea 114 mm pentru distanta de 6 m.

a) b)

1

2

3

1

4

Fig. 7.16. Scheme ale acoperisului pe pane (a) si fara pane (b): 1 ferme de acoperis; 2 pane;3 platelaj sau placi mici; 4 panouri mari.

Schema acoperisului realizat pe pane este ilustrat n fig. 7.17. ncarcarea uniform distribuitade intensitate q, provenita din greutatea proprie a panelor, constructiilor de nchidere si zapadaeste preluata de pane, apoi se transmite fermelor de acoperis n forma de forta concentrata P .

7.5. Structura de rezistenta a acoperisului 21

n cazul rezemarii fermelor pe stlpi (fig. 7.17, a), ultimii vor fi solicitati de fortele concentrateN , numeric egale cu reactinile n reazemele fermelor. Daca fermele reazema pe ferme-jug, atunciforta N n stlp va fi egala cu reactiunea n reazemul fermei-jug (fig. 7.17, b).

q/2

q/2qqqqq

P PP P P

PPPPPP/2

P/2

P/2

P/2

N

N

N

N

N

N

N

N

P PP P P

P/2

P/2

P PP P P

P/2

P/2

PP/2

q/2

q/2

q

q qqq

SS

S

S

S

1

1

2

2

33

4

5

5

5

5

a) b)

Fig. 7.17. Schema acoperisului realizat pe pane din otel: 1 nvelitoare; 2 pane; 3 ferme deacoperis; 4 ferme-jug; 5 stlpi.

7.5.2. nvelitorile acoperisului

nvelitorile utilizate n prezent la acoperirea halelor industriale pot fi de doua tipuri: cuizolatie hidrofuga sau cu izolatie hidrofuga si termica.nvelitorile fara izolatie termica se folosesc la acoperirea depozitelor, halelor cu procese

calde, cu degajari de caldura si alte constructii n care nu este necesara ncalzirea lor. Acestenvelitori se realizeaza din panouri de tabla ondulata din otel, aluminiu sau din asbociment carereazema pe pane. Distanta dintre pane este 1, 25...1, 5 m. Masa panourilor din asbocimentalcatuieste circa 20 kg/m2. Panourile de tabla ondulata din otel se realizeaza din foi laminatela rece cu grosimea 1, 0...1, 8 mm ; naltimea gofrei este 30 si 35 mm. Masa lor constituie15...20 kg/m2. Panourile de tabla ondulata din aluminiu au grosimea 0, 6...1, 2mm si greutatea5, 0...7, 0 kg/m2.Panourille ondulate din asbociment (fig. 7.18) se amplaseaza pe trei pane cu admisiune de

rezerva pe lungime de circa 25...30 cm si jumatate de gofra pe latime. Panourile se fixeaza depane prin intermediul scoabelor metalice, clemelor (agrafelor) sau suruburilor cu crlig la capat.Gaurile pentru dispozitivele de fixare se realizeaza pe creasta gofrei; sub piulite se amplaseaza

22 Capitolul 7

saibe de plastic sau cauciuc dur. n planurile conexe coamei, peretilor sau liminatoarelor sefolosesc elemente profilate speciale din asbociment. Panta acoperisurilor cu nvelitori din foiondulate de asbociment se recomanda nu mai mica de 1/4 pentru evitarea patrunderii apeipluviale prin rosturi.

13

2

1

23

78

6

4

5

10110

10110 110

A

A

5

6

9

10

3

Fig. 7.18. nvelitoare fara izolatie termica realizata din foi ondulate din asbociment: 1 gabaritulconstructiilor portante; 2 pane; 3 foi ondulate din asbociment; 4 elemente speciale profilate dinasbociment; 5 surub cu crlig; 6 saiba de plastic sau cauciuc dur; 7 bara de protectie; 8 podest;9 saiba elastica; 10 capac de plastic.

nvelitorile din asbociment se distrug fragil la solicitari; pentru a le majora durabilitatea sievita deformarea lor se recomanda de prelucrat panourile pe ambele parti cu vopsea pe bazade aluminiu si gudron. Degajarile neuniforme de caldura n hale cu procese calde si umiditateaexterioara favorizeaza deformarea si distrugerea fragila a nvelitorii, uzndu-se dupa 23 ani deexploatare.Panourille ondulate metalice (din otel sau aluminiu) se comporta bine la degajari neuni-

forme de caldura si sunt mai rezistente n comparatie cu nvelitorile din asbociment.

170 170 95951

22

43

1

3

5a) b)

Fig. 7.19. Fixarea panourilor ondulate prin intermediul clemelor elastice (a) si a suruburilorcu crlig (b): 1 panou ondulat; 2 clema elastica; 3 pana; 4 foaie ndoita; 5 surub cu crlig.

7.5. Structura de rezistenta a acoperisului 23

Foile ondulate de otel sunt dispuse la coroziune din cauza precipitatiilor atmosferice sicondensului interior. Pentru majorarea durabilitatii ele se acopera pe ambele parti cu un stratde zinc si pe durata de exploatare este necesara vopsirea lor periodica. Exista panouri din otelzincat cu un strat suplimentar contra coroziunii (pe o parte sau pe ambele parti). O rezistentala coroziune mai nalta poseda panourile ondulate din aliaje de aluminiu, nsa ele au un pretmai ridicat.Panourile ondulate metalice se fixeaza pe pane prin intermediul clemelor elastice sau cu

crlige de otel rotund filetat (fig. 7.19).Pentru evitarea coroziunii electro-chimice la amplasarea panourilor din aluminiu pe pane

din otel zonele de contact se vor prelucra cu grunduri speciale sau se vor acoperi cu garnituriizolante; detaliile din otel pentru prinderea foilor se vor prelucra cu zinc sau cadmiu.Panourile cutate din otel sunt folosite pe larg la alcatuirea acoperisurilor halelor industriale

si altor edificii ingineresti. Panourile se fixeaza de pane cu suruburi autofiletante (fig. 7.20).Pentru fixare pot fi utilizate si dubluri mpuscate.

3012 30

3 3 3 35

46axa

noduluiaxa

nodului

Fig. 7.20. Moduri de fixare a panourilor cutate din otel: 1 panou de tabla cutata; 2 sectormarginal suplimentar; 3 suruburi autofiletante; 4 pana; 5 corniera de sustinere; 6 gabaritulconstructiilor portante.

500 500 500 30

)3000(1500n

I III

1

2

1

1

1

1 1

a)

b)

)3000(1500n )3000(1500n

Fig. 7.21. Amplasarea detaliilor de fixare a panourilor din tabla cutata de otel (a) si compo-nenta nitului combinat (b): I reazem marginal; II reazem intermediar al panoului; 1 suruburiautofiletante; 2 nituri combinate.

24 Capitolul 7

Capetele panourilor se fixeaza n fiecare gofra cu suruburi autofiletante, iar n zonele inter-mediare peste o gofra. Foile ntre ele pe lungime se prind cu nituri combinate din aluminiuamplasate la 500 mm unul de altul (fig. 7.21). Niturile se instaleaza n gauri sfredelite nprealabil. Prin intremediul clestilor de nituit se aplica un efort de ntindere barei din otelcu capatul tronconic, care deformeaza partea opusa (sub panourile mbinate) a nitului. Laatingerea efortului de calcul bara din otel se rupe pe sectiunea slabita.Elementele de fixare a panourilor metalice asigura o legatura suficient de buna a panelor,

astfel nct fortele din planul acoperisului sa fie preluate de tabla si transmise la contravntuiri.De asemenea, ele asigura panele contra pierderii stabilitatii.nvelitorile cu izolatie hidrofuga si termica pot fi solutionate n aceleasi conditii con-

structive ca si nvelitorile neizolate termic. De regula, aceste nvelitori se realizeaza n bazapanourilor cutate din otel si conventional pot fi divizate n trei grupe: tabla cutata cu straturide izolatie montate deasupra (fig. 7.22, a); panouri prefabricate n trei straturi (fig. 7.22, b) sin doua straturi (fig. 7.22, c).La realizarea nvelitorii strat-cu-strat pentru izolarea hidrofuga , de obicei, se utilizeaza

cartonul asfaltat, iar pentru termoizolare placi rigide de vata minerala sau vitroase.

a)

b)

c)

1

1

1

1

2

3

45

3

3

1000

750

Fig. 7.22. nvelitoare cu izolatie hidrofuga si termica pe tabla cutata (a); panou prefabrivatn trei straturi (b) si n doua straturi (c): 1 panou din tabla cutata; 2 bariera de vapori; 3 izolatie termica; 4 izolatie hidrofuga; 5 strat de protectie.

Panourile prefabricate n trei straturi (panouri "Sandwich") se folosesc la acoperisuri cupanta nu mai mica de 1/5. Panoul consta din doua foi de otel profilate ntre care se aflatermoizolantul (poliuretan). Captuseala superioara are grosimea 1 mm si partea exterioaraprelucrata cu polimeri; grosimea captuselii inferioare este 0, 8 mm. Panourile se fixeaza pepane cu suruburi autofiletante. Foile superioare ale panourilor adiacente se prind cu nituricombinate amplasate cu pasul 300 mm.Panourile n doua straturi se folosesc la solutionarea acoperisurilor cu panta 1, 5 % si pane

amplasate la distante de 3 m. Ele sunt alcatuite dintr-o foaie cutata de otel, izolatie termica siun strat presat de izolatie hidrofuga. Lungimea panourilor este 6 sau 9 m.

7.5. Structura de rezistenta a acoperisului 25

Pentru nvelitori pot fi folosite panouri din beton armat, peste care se ampaseaza izolatietermica (daca este necesar) si hidrofuga. Dezavantajul principal al panourilor din beton armateste greutatea sporita a nvelitorii (1, 4...2, 1 kN/m2 fata de 0, 3...0, 5 kN/m2 pentru nvelitoridin tabla ondulata), ceea ce duce la majorarea sectiunilor elementelor carcasei. Pentru acoper-isurile halelor se folosesc panouri din beton armat cu nervuri avnd latimea de 3 m si lungimeade 6 sau 12 m. Nervurile longitudinale sunt rezemate n nodurile fermei si elementele nglobateale panourilor se prind cu sudura de talpa fermei cel putin n trei colturi ale panoului.

7.5.3. Pane de acoperis

Panele sunt elemente ale constructiilor acoperisului, care se dispun perpendicular riglelor,avnd rolul de a prelua greutatea nvelitorii, precum si ncarcarile pe care aceasta le re-ceptioneaza (zapada, vnt, praf). Ele se folosesc la acoperisuri cu nvelitori din tabla striatasau panouri din foi profilate, care acopera descideri de 1, 5...3, 0 m.Panele se realizeaza din profile laminate dublu T, U, din profile cu goluri n inima si se

folosesc, de regula, pentru traveie de 6 m. Mai rationale sunt panele din profile C formate larece. Pentru nvelitori usoare si ncarcari mici din zapada pot fi folosite pane din profile C culungimea de 12 m. Pentru ncarcari mai mari se vor folosi pane cu sectiunea dublu T ajuratesau pane cu zabrele.

7.5.3.1. Pane cu inima plinaPanele cu inima plina poseda greutate sporita n comparatie cu panele cu zabrele, dar sunt

mai simple n confectionare si montare. Pentru realizarea panelor cu inima plina se folosesc, deregula, profile laminate la cald U, profile laminate la rece U, C si Z (fig. 7.23, a, b). n cazulvalorilor sporite a ncarcarilor pot fi folosite profile dublu T. Lungimea panelor nu va depasi9 m.Talpile nguste ale panelor din profile laminate creeaza unele dificultati, mai ales cnd nveli-

torile necesita latimi mari de rezemare (de exemplu, la realizarea panelor de coama sau dolii).Pentru ameliorarea rezemarii nvelitorilor pot fi utilizate doua profile laminate U, solidarizatecu platbande sau se vor suda corniere la nivelul talpii superioare (fig. 7.23, c).

a) b) c)

d)

Fig. 7.23. Tipuri de sectiuni transversale ale panelor cu inima plina: din profile laminate lacald (a); laminate la rece (b); compuse (c) si ajurate (d).

Panele realizate cu sectiunea ajurata (fig. 7.23, d) sunt rationale din punct de vedere alconsumului de otel; aceste sectiuni, avnd caracteristici geometrice superioare sectiunii originale

26 Capitolul 7

pot fi folosite la acoperirea deschiderilor de 12 m.Panele cu inima plina pot fi simplu rezemate sau continue. Varianta panelor continue ofera

un consum redus de otel, dar simplitatea montarii face varianta cu reazeme intermediare maifrecvent utilizata.Dimensionarea se face la actiunea ncarcarilor din greutatea propie a panelor, nvelitorii,

grosimea stratului de zapada si vnt. n unele cazuri este necesar de considerat ncarcreadin greutatea stratului de praf. Pentru acoperisuri cu panta mai mica de 20 ncarcarea dinactiunea vntului este orientata de la pane, fapt ce conduce la descarcarea lor. n acest caz estenecesara verificarea panelor la desprindere de constructiile portante. Schema de calcul a paneieste aratata n fig. 7.24.

a) b)

cosa

asgacp +

c

h / 2

qx

qy

xx

y

q

C

a

aa

a

B

11

2

B

q

Fig. 7.24. Schema de calcul a panei: 1 ferme de acoperis; 2 pane.

De regula, nvelitoarea reazema continuu pe talpile panelor, deaceea ncarcarile exterioaresunt repartizate uniform. Nu toate ncarcarile actioneaza dupa axele principale de inertie apanelor, astfel este necesara descompunerea rezultantei.ncarcarea verticala pe pana se va determina cu relatia:

q = gacpcos

+ sa+ gp, (7.14)

unde gacp este sarcina de calcul pe 1 m2 din greutatea proprie a nvelitorii; s = s f sarcinade calcul pe 1 m2 din zapada; s greutatea de referinta (normata) a stratului de zapada; coeficient de forma al suprafetei expusa zapezii; gp greutatea proprie liniara a panei; a distanta dintre pane; unghiul de nclinatie a acoperisului (cos 1 pentru panta i 6 1/8).Daca cladirile sunt prevazute cu suprastructuri (luminatoare etc.) sau deschiderile au

naltimi diferite, atunci este necesar de considerat aglomerarea zapezii prin intermediul coe-ficientilor > 1.

7.5. Structura de rezistenta a acoperisului 27

n caz general panele sunt solicitate la ncovoiere oblica. Componentele ncarcarii qx, qy,care genereaza ncovoiere n raport cu axele respective sunt

qx = q cos; qy = q sin. (7.15)

Remarca: Din componenta qy, aplicata cu bratul h/2 apare un moment de torsiuneMt = qy h/2(fig. 7.24, b). Pentru a echilibra actiunea acestui moment de rotire panele din profile laminate U sevor amplasa astfel ca inima sa corespunda pantei ascendente. n acest caz momentul de torsiune dincomponenta qy se va echilibra cu momentul de torsiune din componenta qx si poate fi neglijat.

Valorile momentelor maxime de ncovoiere

Mx =qxb2

8; My =

qyb2

8.

Verificarea tensiunilor n pane se face cu relatia

= x + y =nMxWx

+nMyWy

6 Ryc. (7.16)

Daca contravntuirile sau platelajul nvelitorii asigura stabilitatea generala a panelor, atuncipoate fi admisa comportarea elasto-plastica a otelului si verificarea are forma:

=nMxcxWx

+nMycyWy

6 Ryc, (7.17)

unde cx, cy sunt coeficientii, care tin cont de forma sectiunii la deformatii plastice [anexa 5,tab. 66, pag. 74 din SNiP II-23-81*].Panta acoperisurilor, de regula, este mica si componenta qy deasemenea este mica (apro-

ximativ de 3...5 ori mai mica dect qx). nsa si modulul de rezistenta al panei n planulsarpantei este mic, iar tensiunile y, n consecinta, se obtin mari. Din acest motiv este necesaramicsorarea momentului de ncovoiere My, adaugnd unul sau doi tiranti din otel rotund cudiametrul 18...22 mm (fig. 7.25, a). Tirantii se amplaseaza ntre toate panele, cu exceptiapanei de coama. n panourile de coama tirantii se prind de talpile superioare ale fermelor saude panele de coama n apropiere de reazeme.Valorile momentelor de ncovoiere My sunt functie de numarul tirantilor (fig. 7.25, b). n

hale cu traveia de 6 m se amplaseaza un tirant, iar pentru travei de 12 m si pante mari serecomanda de amplasat doi tiranti. Expresiile momentelor de ncovoiere n ambele directii suntprezentate n fig. 7.25, b.Daca nvelitoarea este prinsa rigid de pane (de exemplu, din panouri de tabla cutata, prinsa

de pane cu suruburi autofiletante si ntre ele cu nituri combinate sau platelaj din tabla striata,sudat de talpile panelor), componenta qy este preluata de nvelitoare. n acest caz dispare nece-sitatea instalarii tirantilor si se va efectua numai verificarea tensiunilor provenite din momentulde ncovoiere Mx. Componenta qy poate fi neglijata si n cazul cnd unghiul de nclinatie (fig. 7.24) este mic ( < 20).Stabilitatea generala a panelor este asigurata de elementele de prindere a platelajului sau

panourilor pe pane si de fortele de frecare dintre ele. Valorile fortelor de frecare n cazulrezemarii simple a nvelitorii pe pane sunt mici si n acest caz este posibila pierderea stabilitatiipanelor.

28 Capitolul 7

a)

b)

32

2lq y

l=B

A

1 2

3

l/2 l/2

8

2lqx

Mx

My

90

2lqy

l=Bl/3 l/3

8

2lqx

l/3

360

2lqy

9

2lqx

Varianta 1

11

1 1

Varianta 2

h/3

h

A

Fig. 7.25. Amplasarea tirantilor (a) si schemele de calcul a panelor cu unu sau doi tiranti (b):1 ferme de acoperis; 2 pane; 3 tiranti.

Sageata relativa fmax/b a panelor se verifica numai n planul y si nu trebuie sa depaseascavalorile admisibile.De exemplu, pentru panele cu lungimea de 6 m sageata relativa admisibila este 1/200

din deschidere, pentru panele de 12 m 1/250. Sageata relativa se determina din actiuneancarcarilor permanente si temporare de lunga durata, ambele cu valori normate.

7.5.3.2. Pane cu zabrelePanele cu zabrele se folosesc n cazul traveilor de 12 m si pot avea diverse forme constructive

(fig. 7.26).Dezavantajul principal al panelor cu zabrele este numarul mare de elemente si noduri de

mbinare, astfel nct conduce la manopera sporita. Schema panei n trei panouri (fig. 7.26, a)este cel mai frecvent utilizata. Talpa superioara a acestei pane este alcatuita din doua profile

7.6. Calculul structurii de rezistenta 29

U si elementele zabrelei din profile laminate la rece U sau C. Elementele zabrelei se prindde talpa superioara cu suruburi sau cu sudura. Solutionarea respectiva asigura simplitateamontarii si rigiditatea laterala a panelor.n halele fara poduri rulante si dimensiuni nu prea mari pot fi folosite pane cu zabrelele

realizate din bare de otel rotund, patrat sau dintr-o corniera.

a)

b)

A35 3715 3715 352250 2250

12000

1500

AB

40 1960 1960 40

12000

1000

800020004 =

3000 3000600020003 =

B

Fig. 7.26. Pane cu zabrele.

Calculul panelor cu zabrele este analog cu cel al grinzilor cu zabrele (fermelor), dar se con-sidera talpa superioara continue. Elementele zabrelei se vor calcula la forte axiale de ntinderesau comprimare, iar talpa superioara la comprimare si ncovoiere, ca rezultat al ncarcarii pedistanta dintre noduri.

7.6. Calculul structurii de rezistentaa halelor industriale

Determinarea eforturilor n elementele cu structura din otel se efectueaza n domeniul elastic.n anumite cazuri se poate efectua calculul care considera deformatiile elasto-plastice n uneleelemente ale structurii. Este rational ca pentru anumite ncarcari, de regula, locale, sa se tinaseama de conlucrarea spatiala dintre elementele structurale.

7.6.1. Principii de selectare ale schemelor de calcul

Structura de rezistenta spatiala are rolul de a prelua ncarcarile si de a le transmite fun-datiilor. Pentru a facilita calculul se folosesc diferite simplificari. n primul rnd, structuraspatiala se descompune n scheme de calcul plane (cadre transversale si constructii longitudi-nale). Aceasta simplificare conduce la erori n calculul static, care partial se compenseaza prinevidenta conlucrarii spatiale la ncarcari locale.Ferma de acoperis cu panta mica a talpilor superioare poate fi asimilata cu o bara rectilinie

de rigiditate echivalenta. Daca diagonala de reazem a fermei este ascendenta, atunci grinda

30 Capitolul 7

echivalenta se va amplasa la nivelul axei talpii inferioare (fig. 7.27, a, b); n cazul diagonaleidescendente la nivelul axei talpii superioare (fig. 7.27, c, d).

b1

bo

b2

l 1l 2

h o

L

00,0

a)

11 1 1

22

b1

e 2 2

b2

b)

l 1l 2

l =l 1+

l 2

I1

I2

I3

L 2e

e e

=I

b1

b2

l 1l 2

h o

L

00,0

c) d)

l 1l 2

+ h o

l = l 1

+ l 2

+ h

o

I1

I2

I3

L 2e

e e

=I

Fig. 7.27. Scheme constructive (a, c) si de calcul la cadre (b, d).

Stlpii n trepte pot fi substituiti printr-o bara frnta, iar distanta dintre axele partilorsuperioara si inferioara preliminar poate fi acceptata

e (0, 45...0, 55)b1 0, 5b2, (7.18)

unde b1 si b2 sunt, respectiv, naltimile sectiunilor partii inferioare si superioare a stlpului.

I1

I2

I3

I5

I4

I1

I2

I3

Fig. 7.28. Schema de calcul la hale cu mai multe deschideri.

7.6. Calculul structurii de rezistenta 31

Prinderea riglelor de stlpi si a stlpilor de fundatii poate fi rigida sau ncastrata n functiede solutia constructiva adoptata. Legatura rigida a fermelor de stlpi se foloseste n hale cuo singura deschidere si cota sinei caii de rulare 15...18 m (fig. 7.27, b). n hale cu naltimearelativ mica si regimul de lucru al podurilor rulante usor sau mediu prinderea fermei de stlpipoate fi considerata articulata (fig. 7.27, d). Fermele halelor cu mai multe deschideri, de regula,se mbina articulat cu stlpii si schema de calcul n acest caz va avea articulatii n noduri (fig.7.28).Cadrele plane, att a halelor cu o deschidere, ct si a halelor cu mai multe deschideri

reprezinta sisteme multiplu static nedeterminate. Calculul static poate fi efectuat cu metodestudiate n mecanica structurilor, nsa este necesar sa fie cunoscute reigiditatile tuturor ele-mentelor structurale. Caracteristicile de rigiditate pot fi acceptate preliminar n baza unorproiecte-analog sau din practica de proiectare.Pentru stabilirea sectiunilor n vederea determinarii rigiditatii barelor se pot adopta urma-

toarele reguli rezultate din practica proiectarii curente. n cazul halelor cu o deschidere (fig.7.27) rapoartele momentelor de inertie se accepta n limitele

I1I2= 5...10;

I3I1= 2...6. (7.19)

Ultimul raport este folosit la calculul cadrelor cu ferme prinse rigid de stlpi. n cazulhalelor cu ferme articulate pe stlpi rigiditatea riglei poate fi considerata I3 .La cadrele cu mai multe deschideri (fig. 7.28) pentru stlpiii interiori la acelasi pas cu stlpii

sirului exteriorI4I2= 1, 5...3;

I5I1= 10...30, (7.20)

si n cazul pasului dublu al stlpilor interiori fata de sirul exterior

I4I2= 2, 5...7;

I5I1= 20...60. (7.21)

Momentul de inertie al treptei poate fi considerat infinit mare.Daca devierea momentelor de inertie depaseste 30% de la cele stabilite initial, poate avea

loc o eroare esentiala la determinarea eforturilor n cadre. De aceea dupa primul calcul, di-mensionarea elementelor si precizarea rapoartelor (7.19) (7.21) se va face urmatorul, care vapreciza definitiv eforturile.n cadre cu o singura deschidere pot fi indicate relatii care ofera o exactitate suficienta

pentru momentele de inertie ale fermei si stlpilor.

7.6.2. Actiuni asupra halelor cu structura metalica

Structura de rezistenta a halelor poate fi solicitata de urmatoarele trei tipuri de ncarcari:

1. Permanente, care provin din greutatea proprie a elementelor portante si a constructiilorde nchidere.

2. Temporare, care pot fi de lunga si/sau scurta durata si sunt generate de actiunea utilajuluitehnologic (poduri rulante sau suspendate, macarale n consola etc.) si actiuni climatice(greutatea stratului de zapada, presiunea vntului, variatii de temperatura etc.).

32 Capitolul 7

3. Exceptionale, care pot fi generate de replici seismice, avarii tehnologice, tasari ale terenuluide fundare etc.

Regulile de determinare si aplicare ale ncarcarilor sunt prescrise n normele de proiectare:[SNiP 2.01.07-85] pentru sarcini permanente si temporare; [SNiP II-7-81] pentru sarciniexceptionale generate de actiunile seismice etc.Pentru calculul constructiilor se folosesc grupari de ncarcari, care permit de a stabili posi-

bilitatea aparitiei celei mai dezavantajoase stari de solicitare. Reiesind din conditia ca eforturilede calcul n diferite elemente structurale se obtin din diferite grupari de ncarcari, astfel nctpentru fiecare element exista propria grupare periculoasa. De aceea pentru stabilirea celeimai dezavantajoase grupari de ncarcari (sau eforturi) este necesar de alcatuit setul complet altipurilor de ncarcari si schemelor de ncarcare. Notiunea schema de ncarcare implica o vari-anta posibila de solicitare cu un tip de ncarcare. Unele tipuri de ncarcari pot avea o singuraschema de ncarcare, de exemplu, sarcinile permanente; altele doua si mai multe, de exemplu,vntul poate actiona din stnga si din dreapta, zapada poate fi distribuita uniform pe toatadeschiderea, pe jumatate de deschidere sau neuniform pe sectoare etc.Prin urmare, determinarea actiunilor include precizarea tipurilor de ncarcari, caracter-

isticilor (sarcini uniform sau neuniform distribuite, forte si momente concentrate), valorilornumerice si modul lor de aplicare.

7.6.2.1. ncarcari permanenteLa selectarea schemei de ncarcare cu sarcini permanente se va tine seama de componenta

sarpantei, peretilor, modul de prindere al elementelor de nchidere, prezenta elementelor de pa-ianta etc. Pentru determinarea preliminara a ncarcarilor permanente provenite din greutateaelementelor portante ale acoperisului, stlpilor halelor si grinzilor de rulare poate fi folosittabelul 7.4. Greutatea constructiilor de nchidere poate fi stabilita conform cataloagelor ele-mentelor de izolare si nchidere certificate.

Tabelul 7.4. Valori orientative ale consumului de otel n diferite elemente ale halelor.

Consumul de otel n kg/m2

Capacitatea de ridicare Sarpanta Stlpi Grinzi dea podurilor rulante, t acoperisului rulare

50 30...45 25...35 20...3080...100 30...45 45...65 40...60125...150 30...45 55...75 40...70

Asupra cadrului transversal actioneaza ncarcarile din greutatea proprie a tuturor ele-mentelor care formeaza blocul de calcul. Greutatea proprie a constructiilor sarpantei (nvelitori,ferme, luminatoare, contravntuiri etc.) de pe suprafata de ncarcare (sectoarele hasurate dinfig. 7.29, a, c) poate fi transmisa complet riglei n forma de sarcina liniara uniform distribuita(fig. 7.29, a, b)

q = q B, (7.22)sau partial, n cazul schemelor constructive cu elemente-jug (fig. 7.29, c, d)

q1 = q B1. (7.23)

7.6. Calculul structurii de rezistenta 33

n ultimul caz o parte din greutatea proprie a acoperisului se va transmite stlpilor n formade forte concentrate (fig. 7.29, d)

Pi = q Ai. (7.24)n relatiile (7.22) (7.24) s-au folosit notatii: q =

Pqi fi ncarcarea de calcul pe

1 m2 al acoperisului; qi valoarea normata a sarcinii i pe 1 m2, care intra n componentaacoperisului (nvelitori, pane, ferme de acoperis, luminatoare etc); fi coeficientul de sigurantaal ncarcarii i; B traveia stlpilor; B1 pasul fermelor de acoperis; Ai suprafete de ncarcareale acoperisului.Valorile normate si de calcul ale ncarcarii uniform distribuite pe suprafata acoperisului este

comod de determinat n forma tabelara, cu specificarea componentei sarpantei.

BB

B

A

A

A3 A1

A2 A6A4

A5

B 1B 1

B 1

1 1

2

a)

b)

c)

d)q q1P3 + P4 P1 + P2 P5 + P6

cosoq

qo

e) f)q

Mf

ef

Fig. 7.29. Scheme pentru determinarea ncarcarilor care provin din greutatea proprie a con-structiilor acoperisului.

n cazul acoperisurilor cu panta (fig. 7.29, e) ncarcarile liniare pe rigla vor fi

q =qBcos

, (7.25)

si, respectiv, pentru scheme cu elemente-jug

q1 =qB1cos

. (7.26)

34 Capitolul 7

Reactiunea n reazem din ncarcarea uniform distribuita liniara:

Fr1 =q L2

,

unde L este deschiderea fermei.Daca ferma reazema articulat, va aparea un moment concentrat (fig. 7.29, f ) egal cu

Mf = Fr1 ef . (7.27)ncarcarea din greutatea podurilor suspendate se modeleaza n forma de forte concentrate

aplicate pe rigla n punctele de prindere. Transmiterea ncarcarilor din greutatea grinzilor derulare, panourilor de nchidere verticale si alte sarcini concentrate se efectueaza n punctelelor de aplicare cu evidenta deplasarii de la axa stlpilor, astfel nct se modeleaza prin forteaxiale si momente concentrate. De regula, ncarcarea din greutatea constructiilor acoperisului,greutatea panourilor de protectie, prinse n partea superioara a stlpului si greutatea partiisuperioare a stlpului se considera aplicate la nivelul treptei. Greutatea grinzilor de rularepoate fi introdusa conventional n greutatea podurilor rulante.

F1

F2Mgp F2 Mgp

F1

q

eo

e

a)

e

L

e

L

b)

Fig. 7.30. Schema de calcul a cadrului cu ncarcari permanente.

La nivelul treptei actioneaza forta (fig. 7.30, b)

F2 = G0p +G0st,

unde G0p este greutatea panourilor de protectie, care sunt suspendate pe partea superioara astlpului; G0st greutatea proprie a partii superioare a stlpului.Din cauza deplasarii centrelor de greutate ale partilor superioare si inferioare ale stlpului

la nivelul treptei actioneaza momentul Mgp (fig. 7.30, b).

M2 = G0p (e + e) + (G0st + Fr1)e,unde e = 2 + c + b (fig. ??, a); e = (0, 45...0, 55)b1 0, 5b2; este grosimea panoului deprotectie; c latimea gabaritului elementelor de paianta (daca panourile de protectie se prinddirect de stlp c = 0).Forta F1 (fig. 7.30, b), aplicata la nivelul fundatiei include greutatea partii de jos a stlpu-

lui si greutatea panourilor suspendate pe sectorul de jos al stlpului. n mod analog pot fideterminate toate caracteristicile ncarcarilor permanente.

7.6. Calculul structurii de rezistenta 35

7.6.2.2. ncarcari din actiunea zapeziiActiunea zapezii devine determinanta pentru elementele structurale ale sarpantei n special

cnd nvelitoarea este usoara (panouri din tabla de otel ondulata sau cutata). Procedura decalcul a actiunii zapezii este stipulata n normele de proiectare [SNiP 2.01.07-85].Intensitatea normata a ncarcarii din grosimea stratului zapada se va calcula cu relatia

s = s,

unde s este valoarea normata (de referinta) a greutatii stratului de zapada pe 1m2 al suprafeteiterenului plat. Ea este determinata pe baze statistice a greutatilor extreme anuale si este datade normele [SNiP 2.01.07-85] n functie de zonificarea teritoriului; coeficient de trecerede la ncarcarea aplicata la nivelul pamntului la ncarcarea aplicata pe acoperis (coeficient deforma al suprafetei expuse zapezii).

L

Varianta 1

0,5L 0,5L

0,5L 0,25L 0,25L

1=

75,0= 25,1=

6,0= 6,0=4,1=

Varianta 2

Varianta 3

Fig. 7.31. Diagrama coeficientului de forma pentru acoperisuri cu una sau doua pante.

Coeficientul de forma specifica caracterul distributiei zapezii pe suprafata acoperisului(fig. 7.31) si se determina conform prescriptiilor din norme [pct. 5.3, Anexa 3, SNiP2.01.07-85]; pentru acoperisuri cu unghiul de nclinatie fata de orizont 6 25 coeficientul = 1. Pentru acoperisuri cu o panta se foloseste varianta 1. n cazul acoperisurilor cu douapante se vor utiliza toate variantele posibile, inclusiv varianta 2 pentru 20 6 6 30, iarvarianta 3 pentru 10 6 6 30 si prezenta puntilor de trecere sau instalatiilor de ventilarepe coama sarpantei.Actiunea ncarcarii din zapada asupra cadrului transversal este analogica actiunii ncar-

carilor din greutatea proprie a elementelor sarpantei. Valoarea de calcul a ncarcarii liniareuniform distribuite pe rigla n cazul halelor fara constructii-jug si unghiul de nclinatie a aco-

36 Capitolul 7

perisului 6 25 se va determina cu relatia

p = f s B, (7.28)unde B este traveia halei; f = 1, 4 coeficient de siguranta al ncarcarii din actiunea zapezii.Daca raportul dintre valorile normate ale greutatii proprii a acoperisului q si greutatii stratuluide zapada s este mai mic dect 0, 8, atunci actiunea zapezii devine determinanta si coeficientulf = 1, 6.n cazul stlpilor n trepte se va tine seama de deplasarea axelor partii superioare si infe-

rioare. Reactiunea n reazem din ncarcarea uniform distribuita liniara:

Fr2 =p L2

.

Momentul la nivelul treptei:Mz = Fr2 e.

n cazurile cnd n elementele acoperisului apar eforturi mai mari, la o ncarcare spatialase vor folosi scheme de calcul cu zapada pe 1/4 sau 1/2 de deschidere. Pentru a consideraaglomerarea zapezii pe acoperis datorita viscolului, se vor folosi scheme speciale de ncarcarecu zapada [pct. 5.5 5.6, SNiP 2.01.07-85].

7.6.2.3. ncarcari din actiunea vntuluin documentele normative [pag. 9, SNiP 2.01.07-85] actiunea vntului asupra con-

structiilor se reprezinta ca suma a doua componente pulsationala wp si medie wm. Ultimaeste actiune statica si poate fi examinata ca o combinatie a urmatoarelor componente:

a) presiunea normala we, care actioneaza perpendicular pe fetele exterioare ale cladirii sauconstructiei;

b) fortele de frecare wf , care actioneaza tangential pe fetele exterioare si se raporteaza lasuprafata proiectiilor orizontale (n cazul acoperisurilor cu seduri sau ondulate, acoper-isurilor cu luminatoare) sau verticale (n cazul peretilor cu loggii si alte constructii deacest tip) a suprafetelor respective;

c) presiunea normala wi, care actioneaza perpendicular pe fetele interioare a edificiilor ne-protejate dintr-o parte.

Uneori componenta medie se reprezinta sub forma de presiune normala wx, wy, condition-ata de rezistenta generala a constructiei n directia axelor x si y, fiind conventional aplicataproiectiei constructiei pe planele perpendiculare axei respective.La calculul halelor industriale de tip parter cu naltimea h 6 36m si raportul dintre naltime

si deschidere hL 6 1, 5 actiunea componentei dinamice poate fi neglijata. Actiunea componenteimedii se manifesta prin presiuni care se exercita pe fata direct solicitata a constructiei si prinsuctiuni pe fata opusa. Valoarea de calcul a presiunii vntului pe 1 m2 se determina cu relatia

w = w k c f , (7.29)unde w este valoarea normata a presiunii dinamice de baza n functie de zonificarea teritoriuluisi este data n norme [tab. 5, Anexa 5, plansa 3, SNiP 2.01.07-85] ; k coeficient caretine seama de variatia presiunii dinamice de baza n functie de naltimea constructiei si tipul

7.6. Calculul structurii de rezistenta 37

terenului; c coeficient aerodinamic care considera configuratia cladirii; f = 1, 4 coeficientde siguranta al ncarcarii din actiunea vntului.Coeficientul aerodinamic tine seama de conturarea cladirii si specifica partea presiunii di-

namice de baza care trece n presiunea vntului (fig. 7.32). Pentru determinarea componentelorpresiunii vntului we, wf , wi, wx, wy se utilizeaza coeficientii aerodinamici respectivi: a pre-siunii exterioare ce, de frecare cf , a presiunii interioare ci, de rezistenta frontala cx sau cy,stabiliti conform normelor [Anexa 4, SNiP 2.01.07-85]. Semnul "plus" al coeficientilor ce sici corespunde directiei presiunii spre fata cladirii, semnul "minus" de la fata respectiva.La calculul halelor industriale cu un nivel, de regula, se tine seama numai de coeficientul

aerodinamic al peretilor verticali (fig. 7.32).

a)

b)

L

ce = +0,8

ce1 ce2

h 1ce3

c e =

+0,

8

ce3

ce3

ce3

B

ce = +0,8

ce1ce = +0,7

ce1 ce2

ce = 0,5ce = 0,6

ce3

c e =

+0,

8

ce1

ce2

ce = 0,4

ce3

11

1 1

c)

ce2

c e =

+0,

8

ce1

ci1 ci1

c e =

+0,

8

ce322

2 2

d)

Fig. 7.32. Diagramele coeficientilor aerodinamici c pentru cladiri cu acoperisuri n doua pante(a), cu o fata permanent deschisa (b), cu luminatoare longitudinale (c) si boltite (d).

Valoarea presiunii dinamice de baza se majoreaza odata cu cresterea naltimii de la cotapamntului. Conventional se considera ca pna la naltimea de 5 m presiunea este constanta,apoi creste liniar. Presiunea dinamica de baza a vntului depinde si de prezenta obstacolelor.Normele [pct. 6.5, SNiP 2.01.07-85] stabilesc urmatoarea clasificare a suprafetelor terestre,pe care se amplaseaza constructiile:

A terenuri deschise (litoralurile maritime, lacurilor naturale si artificiale, deserturile, ste-pele, silvostepele, tundrele);

38 Capitolul 7

B terenuri cu obstacole (teritorii urbane, masive mpadurite si alte terenuri protejate deobstacole cu naltimea mai mare de 10m);

C zone urbane cu cladiri nalte de peste 25m.

Valorile coeficientululi k sunt prezentate n tabelul 7.5.

Tabelul 7.5. Valorile coeficientului k pentru cele trei categorii de terenuri

naltimea Coeficientul k pentru terenuri de categoriaz, m A B C5 0,75 0,5 0,410 1,0 0,65 0,420 1,25 0,85 0,5540 1,5 1,1 0,860 1,7 1,3 1,0

ntruct coeficientul k este variabil pe naltime, ncarcarea din actiunea vntului va fi vari-abila pe lungimea stlpului (fig. 7.33, a).

a)

L L

b)

00,0

5,0

00,0

l

lh a

cp

W W

wq wq

wq ,2

wq ,1 wq ,1

wq ,2

ecvqecvq

Fig. 7.33. Schema de solicitare a cadrului cu ncarcarea din actiunea vntului conform normelorde proiectare (a) si schema de calcul simplificata (b).

n proiectarea curenta a cladirilor este rational de nlocuit ncarcarea reala neuniform dis-tribuita (fig. 7.33, a) cu o ncarcare echivalenta uniform distribuita (fig. 7.33, b). Intensi-tatea ncarcarii echivalente se determina din conditia egalitatii momentelor de ncovoiere Mn ncastrarea consolei conventionale cu lungimea l provenite din ncarcarea reala si ncarcareaechivalenta

M =wecv l22

, (7.30)

sauwecv =

2Ml2

, (7.31)

undeM este momentul n ncastrare din sarcina reala distribuita pe consola pe o fsie unitara.

7.6. Calculul structurii de rezistenta 39

ncarcarea liniara echivalenta pe stlpii cadrului transversal va fi

qecv = wecv B; q0ecv = w0ecv B, (7.32)unde B este latimea blocului de calcul (suprafetei de ncarcare A), egala cu traveia n cazulhalelor cu pasul stlpilor sirului exterior si interior egal si n lipsa stlpilor de paianta longitu-dinali (fig. 7.34, a).Pentru hale cu stlpi de paianta longitudinali (fig. 7.34, b) actiunea vntului se va transmite

stlpului n forma de ncarcare echivalenta raportata la suprafata cu latimea egala cu distantadintre stlpii de baza si stlpii de paianta

qecv = wecv B1; q0ecv = w0ecv B1, (7.33)si o forta concentrata orizontala, aplicata la capatul superior

W = 2wecv A; W 0 = 2w0ecv A. (7.34)

a) b)

B = 6000 B = 6000

A

A1

lh a

cp

B = 12000 B = 12000

A

A1

l/2h a

cp

B1

l/2

Ao1Ao

2 1

Fig. 7.34. Suprafete de ncarcare cu sarcina din actiunea vntului: 1 stlpi exteriori de baza;2 stlpi intermediari de paianta.

Actiunea ncarcarii din vnt pe sectorul dintre cota talpii inferioare a fermei si punctulcel mai nalt al halei (sectoarele hasurate din fig. 7.33, a) se substituie conventional cu forteconcentrate W1 si W 01, aplicate la nivelul talpii de jos a fermei. Aceste forte vor fi egale,respectiv, cu ariile hasurate din fig. 7.33, a

W1 =q1,w + q2,w

2 hacp; W 01 =

q01,w + q02,w

2 hacp, (7.35)

iar la capatul superior, n caz general, vor fi aplicate fortele

W =W +W1, W0 =W 0 +W

01. (7.36)

Momentul ce rezulta din translatia fortelor la punctul de aplicare poate fi neglijat.n caz general, valoarea de calcul a ncarcarii liniare din actiunea vntului pe stlpul cadrelor

ntr-un punct arbitrar pe naltimea lui (fig. 7.33, a) se va determina cu relatia

qw = w B0 = w k c f B0, (7.37)unde B0 este latimea blocului de calcul (fig. 7.34).

40 Capitolul 7

7.6.2.4. ncarcari din actiunea podurilor rulanteActiunile podurilor rulante se exercita sub forma de forte verticale si orizontale (fig. 7.35)

astfel:

forte verticale Fr exercitate de rotile podului rulant asupra sinelor de rulare;

forte orizontale Tr generate de frnarea caruciorului care sunt perpendiculare pe axa sineide rulare;

forte orizontale Tf generate de frnarea podului rulant n lungul sinelor caii de rulare.

Tr

Fr

Tf

Tr

Fr

Fig. 7.35. Componentele actiunii podurilor rulante.

Primele doua componente se utilizeaza la calculul cadrului transversal, iar ultima laproiectarea contravntuirilor verticale n planul stlpilor.ncarcarile din actiunea podurilor rulante, n general, au caracter dinamic fiindca sunt n-

sotite de socuri sau coliziuni la miscarea podului, caruciorului, ridicarea sau coborrea ncarca-turii. Efectele dinamice pot fi neglijate la calculul cadrelor transversale datorita proprietatilorde amortizare ale constructiilor de rulare-frnare. Din acest motiv actiunea podurilor rulantese considera statica.Parametrii de determinare a actiunilor pe care podurile rulante le produc asupra elementelor

structurii de rezistenta sunt n functie de suspensia podului si grupa de functionare.Podurile cu suspensie rigida au sistemul de prindere si ridicare al ncarcaturii legat rigid de

carucior (coloana rigida), la podurile cu suspensie elastica prinderea se face cu cabluri. n celde al doilea caz are loc amortizarea fortelor orizontale datorita flexibilitatii cablurilor si implicitrezulta valori mai reduse ale acestora.Grupa de functionare se stabileste n functie de regimul de lucru (v. pct. 7.1) si de coeficien-

tul de ncarcareKp determinat cu relatia (7.1). Daca lipsesc datele initiale, pentru determinareagrupei de functionare se poate utiliza anexa recomandata la normele de proiectare [Anexa 1,SNiP 2.01.07-85].ncarcarile din actiunea podurilor rulante se refera la categoria sarcinilor temporare si au

componente de scurta si de lunga durata. Solicitarile din poduri rulante, determinate cuvaloarea totala normata se considera de scurta durata [pct. 1.8(g), SNiP 2.01.07-85].Componenta de lunga durata este alcatuita numai din ncarcarea verticala a unui pod rulantmultiplicata cu un coeficient de reducere subunitar [pct. 1.7(i), SNiP 2.01.07-85].

7.6. Calculul structurii de rezistenta 41

Determinarea presiunii verticale. Forta verticala pe o roata a podului depinde degreutatea proprie a podului cu carucior si a ncarcaturii suspendate. Fortele maxime apar peroti cnd caruciorul cu ncarcatura se afla la extremitatile podului (fig. 7.36, a). Valorile fortelormaxime pe o roata sunt date n STAS-uri sau prescriptii tehnice pentru poduri rulante. Dacalipsesc datele respective, valorile normate ale fortelor pot fi determinate cu ajutorul ecuatiilorde echilibru (fig. 7.36, a):

Gp

lmin

A2

L

a)

Gc

Q

Dmax Dmin

Lp lminLp

Fmin Fmin

A2

Fmax Fmax

L Lp

B2B2

B B B

ST1

ST2

B B B

F1,max F2,max F3,maxF4,max

RST1l. infl. RST1

y1 = 1

y2 y3y4

b)

32

1

1

1

4

2

5

6

c)

b1

Fig. 7.36. Scheme pentru determinarea presiunilor verticale: 1 grinda de rulare; 2 carucior;3 pod rulant; 4 grinzile podului rulant; 5 rotile podului rulant; 6 rotile caruciorului.

42 Capitolul 7

a) forta verticala maxima pe roata

Fmax =1

n

Gp2+(Q+Gc) (Lp lmin)

Lp

; (7.38)

b) forta verticala minima pe roata

Fmin =1

n

Gp2+(Q+Gc) lmin

Lp

. (7.39)

Rezultat analog se obtine utiliznd relatia

Fmin =Q+Gp +Gc

n Fmax, (7.40)

n relatiile (7.38) (7.40) s-au folosit notatiile: Q capacitatea de ridicare a podului rulant;Gp greutatea podului rulant fara carucior; Gc greutatea caruciorului; Lp deschidereapodului rulant; lmin distanta minima de la suspensia podului pna la axa grinzii de rulare; n numarul de roti pe un fir al caii de rulare.La alcatuirea ecuatiilor de echilibru s-a tinut seama ca Fmin si Fmax sunt egale numeric cu

reactiunile ce apar n rotile podului rulant, considerate reazeme articulate.n cazul podurilor rulante cu Q > 80 t este posibila o diferenta mica dintre valorile fortelor

verticale conditionata de deplasarea cabinei podului de rulare. n acest caz se accepta valoareamedie a fortelor verticale maxime Fm,max = 0, 5 (F1,max + F2,max), se determina valoarea mediea fortelor verticale minime Fm,min si se precizeaza valoarea fiecarei forte minime proportionalcu fortele maxime

F1,min Fm,minF1,maxFm,max

; F2,min Fm,minF2,maxFm,max

. (7.41)

Solicitarile asupra grinzilor de rulare si stlpilor se calculeaza din doua poduri rulante cuplatesi carucioarele lor amplasate la aceeasi extremitate (fig. 7.36, b). n cazul dat stlpul ST1 vaprelua presiunea maxima Dma