e. Panele cu zabrele

Panele cu zabrele se folosesc in cazultraseelor de lungime mare (peste 12 m) ale halelormetalice.Suntgrinzi cu zabrele cu talpiparalele, cu intaltimea de regula, egala cu lungimea fermei pe reazem (fig 21.27).

Fig 21.27

Pana se prinde de talpa superioara a fermei cu fig (21.27,b)

Panele cu zabrele se aseaza totdeauna vertical, avand rigiditate mica la incovoiere in afara planului lor.Realizarea constructivasi alegerea sectiunilor panelor cu zabrele se face ca la grinzile cu zabrele. Talpile superioare ale panelor cu zabrele sunt solicitate si la incovoieresi de aceea ele se executa continue si lucreaza ca grinzi continue pe reazeme elastice. In figura 21.28 sunt date detalii de noduri ale planelor cu zabrele.

Fig 21.28

Panele cu zabrele sunt simplu rezmate pe ferme.

Legatura cu talpa superioara a fermei se face ca in fig 21.26

Calculul panelor cu zabrele se face ca la orice grinda cu zabrele. Talpa superioara fiind solicitata la compresiune cu incovoiere se calculeaza cu relatia :

In care:

este coeficientu minim de flambaj al barei talpii;

A este aria sectiunii tansversale a talpii;

Wn este modului de rezistenta net al talpii;

N este efectul de din talpa determinat ca la grinzi cu zabrele;

Mmax este momentul maxim din bara talpii Mmax=0,66Mo;

Mo este momentulal unei grinzi simplu rezmate avind deschiderea egala cu lungimea panoului ( );

Restul barelor panei sunt solicitate numai la eforturi axiale si se calculeaza in consecinta.

Sageata se verifica cu aceleasirelatiica la grinzile cu zabrele.

f. Pane cu dispunere alternativa

Un sistem modern de asezare a panelor il constituie dispunerea lor alternative si anume la una din travei la partea superioara si la cele vecine la partea inferioara (fig 21.29). Pentru reducerea momentelor in lungul panelor, cele de la partea superioara se executa cu de capetele carora se suspenda panele de la partea inferioara prin intermediul unor tiranti (fig 21.29).

Fig 21.29

Panele de la partea inferioara sunt grinzi continue cu trei deschideri.

Tipul acesta de pane cat si cele cu tiranti (fig 21.25) au dezavantajul ca favorizeaza aglomerarile de zapada si praful industrial, marind incarcarile. Geamurile de luminat se dispun vertical.

21.2.4 Luminatoare metalice

Luminatoarele metalice sunt elemente ale acoperisului halelor industrial ce au rolul de a asigura o iluminare naturala necesara procesului de productie si de a asigura in unele cazuri ventilarea spatiului.

Luminatoarele se pot clasifica din mai multe puncte de vedere.

Din punct de vedere al pozitieilor fata de invelitoare, luminatoarele se impart:

- luminatoare in planul invelitor (fig 21.30,a) folosite la hale mici unde nu este necesara ventilarea spatiilor de lucru.

Fig 21.30- luminatoarele realizate ca niste constructii independente de invelitoare care se

fixeaza de ferme si au rol de iluminare si ventilare (fig 21.30,b).

Din punct de vedere al pozitieilui fata de axa halei, luminatoarele sunt:

luminatoare longitudinale care au axa paralela cu axa halei (fig 21.31,a)

- luminatoare transversale care au axa perpendiculara pe axa halei (fig 21.31,b)

Fig 21.31

Dupa forma lor, luminatoarele lingitudinale pot fi:

- Triunghiulare (fig 21.32,a)- sub forma de cadru(fig 21.32,b) sau grinda cu zabrele (fig 21.32,c)- (fig 21.32,d)- Future (fig 21.32,e)

Fig 21.32

Latimea luminatoarelelo se ia de obicei:

Inaltimea luminatoarelor se determina in functie de suprafata de iluminare necesara; de obicei se ia:

In care Lh este deschiderea halei.

Geamurile luminatoarelor pot fi vertical sau inclinate.

La luminatoarele care trebuie sa asigure si venitlarea a spatiului, suprafata ochiurilor mobile trebuie sa fie minim 1% din suprafata halei.

La luminatoarele care sunt concepute ca gringzi cu zabrile se respecta regulile de executie ale grinzilor cu zabrele.

La luminatoarele cadru se executa in asa fel incat sa respecte schema static a de cadru dublu articulate (fig 21.33,a). Articulatiile se realizeaza cu ajutorul

Fig 21.33

unei piese sub forma de pana sudata de talpa fermei. Talpa stalpului luminatorului are sudate pe ea placutute laterale ce joaca rol de opritori si este prinsa cu surbuburi de ferma (fig 21.33,b)

Imbinarea intre stalpii si rigla luminatorului se face prin sudura cap la cap (fig 21.34,a) sau cu o placa intermediara (fig 21.34,b).

Fig 32.34

21.3 Structura de rezistenta a halelor metalice

21.3.1 Structuri cu ferme si stalpi

Fermele si stalpii unei hale metalice formeaza cadre care se aseaza transversal halei. Legaturile intre ferme si stalpi se pot realiza articulate sau rigid. Cadrele formate din ferme si stalpi care alcatuiesc structura de rezistenta a halelor metalice pot fi cu una sau mai multe deschideri.

a. Structuri cu o deschidere si legaturi rigide intre ferme si stalpi. Sunt foarte des utilizate la alcatuirea halelor metalice deoarece prezinta unele avantaje si anume:

- legaturile rigide duc la o repartizare mai buna a eforturilor in elementele structurii (ferme,stalpi);

- fortele orizontale dau moment mai mici la buzele stalpilor decat in cazul legaturilor articulate;

- deformatiile cadrului sunt mai mici.

In unele cazuri insa, legaturile rigide intre ferme si stalpi nu mai apar rationale, datorita dinmensiunilor mari ce se impun fermei si stalpilor in zona de legatura. De exemplu, la hale cu inaltimea mare in raport cu deschiderea , legatura rigida intre ferme si stalpi nu mai are efect asupra deformatiilor si modului de preluare a sarcinilor orizontale. In acest caz se impugn o serie de alte masuri constructive ca : prevederea de contravanturi longitudinal la nivelul acoperisului, etc.

La alcatuirea fermelor si stalpilor se va tine seama de cele aratate la capitolele 12 si 20.

Inaltimea fermei in zona de prindere de stalpi se allege astfel ca sa asigure o legatura rigida.

Prinderea fermei de stalpi se face astfel ca sa poata transmite toate eforturile rezultate din calculsi sa permita un motaj usor. Guseele nodurilor de capat ale fermei au sudate perpendicular pe ele, alte gusee ce se prind cu bul de talpa stalpului (fig 21.35,a). In fig 21.35,b se arata legaturi articulate intre ferma si stalpi.

Fig 21.35

Daca stalpul are sectiunea formata din elemente departate, solidarizate intre ele, in dreptul nodurilor de capat ale fermei se introduc inimi intre elementele stalpului.

Pentru calcului eforturilor in ferma si stalpi se considera ca schema static cadru dublu inconstrat (fig 21.36,a) sau cadru dublu articulate (fig 21.36,b). Rigla cadrului se considera asezata la jumatatea inaltimii fermei pe reazem (fig 21.36,a).

La determinarea eforturilor in cadru se folosesc pentru stalpi si ferma, momente de inertie rezultate dintr-o predimensionare sau de la structuri similare.

Momentul de inertie al riglei este echivalent cu momentul de inertie al fermei pe reazem.

Fig 21.36

La calculul eforturilor in diferite sectiuni ale cadrului, se tine seama de faptul ca legatura rigida intre ferma si stalpi se realizeaza intr-o anumita faza a montajului si deci o parte din incarcaturi sunt preluate de ferma ca simplu rezemata.

Considerand legatura rigida intre ferma si stalpi pentru tpate incarcaturile (p), apar pe capetele fermei momentele M 1max si M2 max (fig 21.37,a) daca se tine seama de faptul ca o parte din incarcaturi (p1) sunt preluate de ferma ca simplu rezemata, apar pe capetele fermei momentele M1min si M 2min (fig 21.37,).

Prinderile fermei de stalpi precum si bazele fermei din zona reazmelor se dimensioneaza tinand seama de momentele maxime (M1max si M2max); restul barelor fermei se dimensioneaza la momentele minime (M1min si M2min).

Fig 21.37

Ferma cadrului este actionata de urmatoarele incarcari (fig 21.38):

Fig 21.38

- reactiunile vertical V1 si V2 rezultate din considerarea fermei ca simplu rezmata care se dau integral nodurilor de reazem ale fermei;

- momentele de incovoiere pe capetele fermei rezultate din efectul cadru (M1 si M2) si care se inlocuiesc prin cupluri de forte orizontale (H1M si H2M) ce actioneaza la nivelul talpilor fermei; se mentioneaza ca momentele M1 si M2

pot fi momente maxime (fig 21.37,a) sau minime (fig 21.37,b);- incarcaturile exterioare.

Pentru guseele de capat ale fermei sa fie cat mai reduse, centrarea bazelor se face la fata stalpului si nu in axa lui

Stalpii se dimensioneaza la eforturile ce le revin din calcului cadrului sub actiunea incarcarilor exterioare.

Verificarea prinderii fermei de stalpi, consta in verificarea sudurii ce leaga guseul de capat cu placa transversala si legatura acesteia cu stalpul.

Verificarea sudurii de prindere a guseului de placa transversal (fig 21.39) se face la eforturile din barele fermei. Rezultanta acestora in general nu trece prin centrul de greutate al imbinarii, ceea ce face sa apara

Fig 21.39

Pentru verificarea prinderii placii transversal de stalp se are in vedere faptul ca reactiunea vertical este preluata integral de prag, care se verifica la efortul local:

Bulranele de prindere a placii transversal de stalp sunt solicitate la intindere. Efortul in tija celui mai solicitat este (fig 21.39,b)

in care n este numarul

Guseul nodului de capat al fermei se poate prinde de stalp prin intermediul a doua eclise fara placa transversala( fig 21.40)

Fig 21.40

Verificarea sudurii dintre eclise si guseu se face cu relatia (21.22) in care … se determina cu relatiile (21.19) (21.20) (21.21) iar momentul cu relatia:

M=He-Ve’ (21.26)

Datoriata existentei pragului care preia reactiunea V, sudura intre eclise si stalp este calculate la eforturile unitare tangentiale date de H si M’=He.

Rezulta :

… (21.27)

Se mentioneaza ca determinarea eforturilor in elementele cadrului care servesc la dimensionarea fermelor, stalpilor si legaturilor intre ele se face in mai multe ipoteze de incarcare obtinute prin gruparea diferitelor actiuni din care se aleg cele mai defavorabile.

b. Structura cu o deschidere si legaturi articulate intre ferme si stalpi. Sunt foarte des utilizate la alcatuirea halelor metalice. In acest caz, ferma reazema pe capetele stalpilor care pot avea sectiuni constante sau variabile(fig 21.41).

Fig 21.41

Daca in planul acoperisului exista contravantuiri , structurile cu legaturi articulate intre ferma si stalpi lucreaza bine si sunt economice.

Pentru realizarea articulatiei se sudeaza pe guseul de capat al fermei o placa orizontala (1), care reazema pe placa de capat a stalpului (2) prin intermediul unei placute de centrare a reactiunii (3) asa cum se vede in figura 21.42 .

Fig 21.42

In dreptul placutei de centrare a reactiunii fermei, se prevad placute de rigidizare atat pe guseul de capat al fermei (3), cat si pe capul stalpului (5). Placuta de centrare a reactiunii se sudeaza de ferma

iar pentru preluarea reactiunilor orizontale se prevad placute … (6) ce se sudeaza de stalp si suruburile (7).

Pentru preluarea reactiunilor orizontale, ferma se prind de stalpi se face cu … si se sudeaza si placute … (fig 21.42).

Pentru calculul eforturilor in elmentele cadrului se considera cadru dublu articulat care este o data static nedeterminat (fig21.41). Determinarea eforturilor se face de regula prin metoda eforturilor.

Rigla cadrului care este o grinda cu zabrele are o rigiditate foarte mare la incovoiere in raport cu cea a stalpilor datorita inaltimii mari de constructie a ei. Din aceasta cauza se poate considera ca momentul de inertie al riglei este infinit de mare. In aceasta situatie apar unele simplificari si anume:

-in rigla apar numai eforturi axiale ;

… variatii de lungime si deci deplasarile capetelor celor doi stalpi sunt egale.

Schema statica a cadrului format din doi stalpi si ferma prinsa articulat de acestia, arata ca in fig 21.43.

Fig 21.43

Sistemul este odata static nedeterminat iar ca necunoscutra se alege efortul axial din rigla X1 . In figura 21.44 este aratat sisitemul de

baza. Ecuatia de conditie pentru rezolvarea cadrului este data de egalarea deplasarilor punctelor 1 si 2.

Fig 21.44

δ 1=δ 2 (21.28)

Dar :

δ 1=δ 11x1+δ 1 p

δ 2=−δ 22x 1−δ 1 p (21.29)

Deplasarile spre dreapta se considera pozitive iar cele spre stanga , negative.

Din relatiile (21.28) si (21.29), obtinem:

x 1=δ1 p+δ 2 p

δ 11+δ 22 (21.30)

δ 11este deplasarea punctului 1 pe directia necunoscutei

x 1cand in 1 actioneaza x 1=1 ;

δ 22este deplasarea punctului 2 pe directia necunoscutei x 1 cand in 2 actioneza x 1=1 ;

δ 1 p si δ 2 p sunt deplasarile punctelor 1 si 2 pe directia

necunoscutei x 1 din incarcari exterioare.

Deplasarile de mai sus se determina prin metoda Maxwell-Mohv, integrand cu regula Veresceaghin.

δ ij=∫0l mim j

EIdx

(21.31)

Se alege un moment de inertie de comparatie I c si expresia (21.31) devine :

EI cδ ij=∫0lm im j

I cIdx

Integrarea se face pe portiuni cu moment de inertie constant. Astfel , pentru cadrul din figura 21.44, expresia (21.32) devine :

EI cδ ij=∫0h 1mim j

I cI 1dx+∫h1

h2mim j

I cI 2dx

(21.33)

Rapoartele momentelor de inertie se aleg intre urmatoarle limite :

I 1I 2

=15… 110

(21.34)

De obicei se alege I c=I 1 .

Pentru cadrul din fig 21.45 deplasarile date de reactiunile fermei sunt :

Fig 21.45

EI cδ 11=EI cδ 22=13

I 1I 1h13

+I 1I 2

(h23

+3h12

h2+3h1h2

2) (21.35)

EI cδ 1 p=EI cδ 2 p=2h1+h22h2V e=

V e2

(h22

+2h1h2) (21.36)

Folosind relatia (21.30) se determina necunoscuta x 1.Ferma se dimensioneaza considerand-o simplu rezemata pe stalp ;

incarcatile care se iau in considerare sunt toate incarcarile exterioare.

Dupa determinarea necunoscutei x 1, se verifica barele din panourile de capat ale fermai tinand seama de influenta acesteia (fig 21.46).

Se traseaza apoi diagramele N,T,M pe stalpii cadrului. Avand efoturile , se dimensioneaza stalpii cadrului structurii de rezistenta si legatura stalpilor cu fundatiile.

Fig 21.46

Daca dupa dimensionare stalpilor raportul momentelor de inertie I 1I 2 difera cu mai mult de 30% fata de raportul ales, se recalculeaza

cadrul.

c. Structura cu mai multe deschideri

Structurile cu mai multe deschideri au forme variate in functie de modul de asezare a fermelor pe stalpi, de legatura intre ferme si stalpi, si de nivelul la care se aseaza fermele in deschiderea halei. In functie de acestea, rezulta si schema statica a structurii.

In fig 21.47 sunt aratate doua tipuri de hale cu mai multe deschideri si schema statica a structurii de rezistenta a lor.

Fig 21.47

Structura de rezistenta a halelor cu doua deschideri se poate realiza cu ferme trapezoidale prinse rigid de stalpii marginali si cu un reazem simplu intermediar(fig 21.48). Forma fermei corespunde modului de variatie a momentelor incovoietoare din sarcini verticale.

Fig 21.48

Sunt situatii cand procesul tehnologic ce se defasoara in hala cere ca deschiderile sa aiba fermele asezate la nivele diferite(21.49) In aceste cazuri se folosec de obicei ferme de forma trapezoidala. Legaturile intre ferme si stalpi pot fi srticulate sau rigide.

Fig 21.49 Fig 21.50

Structurile halelor cu mai multe deschideri cu scurgere laterala se executa din ferme cu talpi paralele(fig 21.50).

Legaturile rigide intre ferme si stalpi reduc deformatiile transversale. In cazul halelor cu deschideri multe si cu latime mare, legatura rigida ferma-stalpi duce la solicitari dezavantajoase la stalpii marginali, mai ales atunci cand acestiaau sectiune dezvoltata in planul cadrului. ……. stalpii marginali si ferme sa fie legaturi articulate (fig 21.51).

Fig 21.51

Cand alaturi de deschiderile mari, cu forte orizontale importante sunt legate deschideri mai joase, legatura intre structura inalta si cea joasa se face articulat (fig21.52).In general, se urmareste ca prim introducerea unor legaturi rigide si articulate sa se obtina avantaje constructive, economice si usurarea calculului static.

Fig 21.52

Calculul eforturilor in elementele structurii se face avand in vedere schema statica ; ferma se asimileaza cu o rigla cu moment de inertie echivalent.

Pentru determinarea eforturilor in elmentele cadrului, se lucreaza cu rapoartele momentelor de inertie ale lor. Avand in vedere fig 21.47 se recomanda sa se foloseasca urmatoarele rapoarte ale momentelor de inertie :

I 1I 2

=5…10

; I 3I 1

=1,5…3

; I 4I 1

=10…40

; I riglaI 1

=25…40

(21.37)

Alcatuirea legaturilor intre ferme si stalpi se face ca in cazul structurilor cu o deschidere . In fig 21.53 sunt aratate deferite moduri de prindere a fermelorde stalpul centralL prindere articulata (fig 21.53,1), prindere rigida cu nodul superior al fermei pe capatul stalpului (fig 21.53,b); daca nodul superior al fermei este la acelasi nivel cu capatul stalpului, prinderea se face ca in fig 21.35 (stalpul fiind central, se prind fereme pe ambele parti ale lui.

Fig 21.53

21.3.2 Structuri cu grinzi longitudinale

Exista situatii cand procesele tehnologice care se defasoara in hala, cer un spatiu liber mare si din aceasta cauza este necesar ca

distanta intre stalpii sirurilor centrale, sa fie mai mare decat cea dintre stalpii sirurilor marginale. In acest caz, rezemarea fermelor de acoperis se face pe granzi logitudinale cu zabrele, care la randul lor se reazema pe stalpii sirului central (fig 21.54). Grinzile longitudinale asigura si o buna rigiditate longitudinala halei.

Fig 21.54

Structura de rezistenta transversala s halei este si in acest caz, o structura campleta cu stalpi si ferme (axele 1,4,7 fig 21.54) ; cadrele complete sunt asezate la distante de cel mult 48 m intre ele, pentru a asigura o rigiditate transversala halei.

Fig 21.55

Pentru a spor rigidiatetea transversala a halelor se prevad si contravantuiri longitudinale mai dezvolatete.

Reazemul feremelor pe grinda longitudinala este un reazem simplu asa cum se vede in figura 21.55, iar legatura intre ferme si stalpi poate fi articulate sau rigida ca in fig 21.55.

Feremele se pot aseza pe talpa siperioara a granzii longitudinala (fig 21.56) sau pe … ei, imediat sub talpa superioara a acesteia.

Fig 21.56

Fig 21.57

Daca fermele sunt simplu rezemate pe grinda longitudinala, in cazul din fig 21.56, se renunta la eclisa de continuitate(1) ; in cazul din fig 21.57, se leaga o singura talpa superioara, cealalta se prinde printr-o gaura … care sa permita deplasari.

Prinderea talpilor inferioare ale fermelor se arata in fig 21.58.

Rezemarea fermelor la partea superioara a grinzilor longitudinala poate … incarcari excentrice care sa conduca la …de prinderea stabilitatii. De aceea se recomanda grinzi longitudinale cu rigiditate spatiala ( cu sectiune inchisa) sau doar grinzi cu zabrele….

Fig 21.58

Fig 21.59

Grinzile longitudinale cu zabrele sunt grinzi cu talpi paralele sistem triunghiular cu … suplimentari sau sistem dreptunghiular. Se urmareste ca intotdeauna diagonalele grinzii longitudinale si ale fermelor ce reazema pe ea, sa nu se intalneasca in acelasi nod. Grinzile longitudinale sunt in general simplu rezemate. Legatura intre grinda longitudinala si stalp este aratat in fig 21.60 si fig 21.61.

Fig 21.60