null
Datorprogram för tunnplåtskonstruktioner TorstenHöglund Stålbyggnad, KTH Felix Konferansesenter, OSLO 4 april 2013 Datorprogram för tunnplåtskonstruktioner Tunnbalk C-balk RillTRP RoofDim tvärsnittsstorheter för godtyckligt tunnväggigt tvärsnitt bärförmåga för C-regel tvärsnittsbärförmåga för trapetsprofilerad plåt med rillor och veck beräkning av tak på hallbyggnad - trapetsprofilerad plåt för snö- och vindlast - Z-åsar med överlapp - träåsar - skivverkan Andra program SVE Bärförmåga för slitsade tunnplåtsreglar Sandwich Sandwichelement för väggar och tak Ctak Cisterntak av stålbågar och plåt Tunnbalk String model z Tvärsnittet byggs upp av tunnväggiga element (behöver inte vara jämntjocka) 1 2 0 Noder numreras 0 till n i -1 tleft y Element numreras 1 till n tright Radier kan läggas in mellan elementen. Genereras som två räta linjer som ger samma area som bågen. i Tvärsnittsstorheter beräknas enligt EN 1993-1-3 n Tunnbalk Elementtyp Element types i i-1 0 Ingen buckling 1 Tvärsnittsdel med en fri kant 2 Tvärsnittsdel upplagd utefter båda kanterna 0 i i-1 1 i-1 1 free edge i-1 2 i node defining element type 0 with no buckling free edge alternative nodes defining element type 1 outstand element i node defining element type 2 internal element Tunnbalk • • • • • • • Normalkraft Fördelad last Koncentrerad last Tvåaxlig böjning Normalkraft och böjande moment Vridande moment Vridande moment och böjande moment C-balk Beräkning sker enligt EN 1993-1-3. Detaljerade regler för D, E och F finns inte i EN 1993-1-3. Beräkning baseras på metoden för trapetsprofilerad plåt med avstyvningar i flänsar och liv. RillTRP Bärförmåga för Belastningstabeller för • moment • upplagsreaktion • skivverkan • • • • • Effektivt tröghetsmoment nedåtriktad last, snö + egentyngd uppåtriktad last, vindsug ett, två och flera fält bärförmåga nedböjning Skivverkan Grundläggande om skivverkan med profilerad plåt April 2013 Torsten Höglund Vad är skivverkan ? Reaktionskraf t f rån gavel kraf t i kantbalk skjuvf ält i plåt Figur 1.3 Skivverkan i b yggnad med liten taklutning. Taket fungerar som en liggande hög b alk som överför och mest ekonomiska sättet att last till gavlarna. Det vanligaste stabilisera en hallbyggnad är att placera vindkryss i gavlar och långsidor och utnyttja den profilerade plåten i taket som en styv skiva, som överför vindkrafterna till vindkryssen. Takskivor är mycket styva i sitt eget plan och kan användas även vid stora byggnader. Vad är skivverkan ? De horisontella lasterna mot byggnadens långsidor överförs via pelare och takbalkar till takskivan. Takskivan fungerar i princip som en liggande hög balk med upplag på gavlarna. Om takplåten ligger på huvudbalkar tar kantbalken längs takfoten upp momentet i skivan och plåten tar upp tvärkrafter. Skivans upplagskrafter förs ner till grunden via väggfackverk i byggnadens gavlar. Om takplåten ligger på takåsar tar dessa upp momentet i skivan och plåten tar upp tvärkrafter. Reaktionskraf t f rån gavel kraf t i kantbalk skjuvf ält i plåt Figur 1.3 Skivverkan i b yggnad med liten taklutning. Taket fungerar som en liggande hög b alk som överför last till gavlarna. Litteratur Stabilisering genom skivverkan • EN 1993-1-3 Eurokod 3-1-3 • European Recommendations for the Application of Metal Sheeting acting as a Diaphragm ECCS No 88 1995 Torsten Höglund F F F Moment i kantbalk Krafter i skruvar Spänningar i plåt Plåt STÅLBYGGNADSINSTITUTET The Swedish Institute of Steel Construction Publikation 169 Byggkonstruktion, Stålbyggnad Finns på engelska Balkanalogi Principen för skivverkan kan jämföras med verkningssättet hos en hög fritt upplagd Ibalk. Q h ä m R ä M max Q L2 8 Vmax Q L 2 Normalkraft Skjuvflöde S Q L 2 V h N m M h I en takskiva med profilerad plåt motsvarar takplåten balklivet och kantbalkarna motsvarar balkflänsarna. Isolerat tak med plåt på huvudbalkar Kantbalk Vindkryss i långsida Gavelpelare Vindkryss i gavel Bärande plåt på huvudbalkar Huvudbalk Isolerat tak med plåt på åsar Oisolerat tak med plåt på åsar Temperaturskillnader, begränsning i plåtlängder, skjuvöverföringsplåtar, vindsug i kant- och hörnzoner. Skivverkan i kombination med ramar b qah/2 + N h qah/2 b a qah/2 Krafter av vind mot väggar N N Hallbyggnad som stabiliseras av vindkryss i väggarna och skiva av trapetsprofilerad plåt i taket. Takskivan består av ett antal delskivor med måtten axb N Krafter av pelarnas lutning qtah/2 + N + inv sug Delskiva b 2b/3 Delskiva 2b/3 Vind mot gavel qsah/2 + N + inv sug 0,5P P P P P 0,5P ~ 2,5P 0,5P b ~ 0,5P Skjuvflöde och kraft i kantbalkar för tak-skiva av plåt direkt på takbalkar. Vindkryss i varje långsida och gavel. Last mot gavel. a) upptill och till vänster: Lastinföring via gavelbalk 2b/3 b) till vänster: Lastinföring med lastinföringsbalkar. Lastkombinationer på tak Utan lastfaktor Snölast qs s0 cos( )2 = snö på mark * formfaktor * inverkan av taklutning Vindlast qv (cpe cpi )qk = (yttre tryck + inre sug) * kar. hastighetstryck Obs ! Dimensioneringsvärden Snö huvudlast qs,Ed d 1,35g cos( ) 1,5qs 1,5 0v qv egentyngd d Vind huvudlast + snö + vind 0,83, 0,91 eller 1,0 beroende på säkerhetsklassen 1, 2 eller 3 är vald så att 1,35 1,2 0v 0,3 qs,Ed d 1,35g cos( ) 1,5 0s qs 1,5qv egentyngd + snö 0s 0,6 0,8 + vind beroende på snölasten Konstant skjuvflöde, kantbalkarna upptar momentet Momentet fördelas på flera åsar, varierande skjuvflöde Inga kantbalkar Skjuvflöde och normalspänningar i takskiva av plåt direkt på takbalkar. Inga kantbalkar. Vindkryss i varje långsida och gavel. Last mot långsida. Eventuallt dubbel plåt Skivkrafter - Plåt på huvudbalkar Vind mot gavel: Rk Qs Ng Ng 2 Bs/3 Rk Normalkraft Ng Skjuvkraft V Lastinföring vid gavel F F F Använd ändbeslag, lastinföringsstång, Moment i kantbalk Krafter i skruvar Spänningar i plåt Kraftinföring mot gavel vid takskiva av plåt på huvudbalkar. Plåt öka plåttjockleken i ytterfack eller placera tre extra plåtar vid pelartoppar enligt ovan Kontroll av plåt Lokal buckling av flänsar Gobalbuckling Figur 4.1 Lokal skjuvbuckling i profiltopp, profilliv och profilbotten. Lokal buckling av liven Figur 4.1 Lokal skjuvbuckling i profiltopp, profilliv och profilbotten. Böjning av profilhörn och livintryckning Ändbeslag Skjuvkrafterna i plåten är normalt störst närmast gavlarna och vid stora skjuvkrafter deformeras plåten enligt figuren. Man kan då förstärka plåten med ett ändbeslag. Tjockleken hos ändbeslaget bör väljas minst 0,5 mm tjockare än plåten. Ett alternativ kan vara att öka plåttjockleken i gavelfacken för att eventuellt slippa ändbeslag. Fz Fx Fy Fästelementen påverkas av Dragkrafter av profildeformation Ändb eslag Krönb alkssystem Skjuvkrafter || balken av skjuvflödet i plåten Skjuvkrafter || plåten av last från pelartopparna. Kantbalkar Vi plåt på huvudbalkar används normalt en kantbalk av tunnplåt i 2-3 mm eller en varmvalsad standardprofil. Vid mindre normalkrafter kan den befintliga takplåten, eventuellt förstärkt med dubbel plåt, användas. Profilkanten bör också avstyvas med ett boxbeslag. ca 1 m Vi plåt på åsar används normalt de två yttersta lättbalkarna vid varje takfot för att ta upp normalkraften. Skjuvflöde och kraft i kantbalkar och åsar för takskiva av plåt på åsar och kantbalkar. Lika skjuvstyvhet i alla fält. Ändbeslag Skjuvflöde och kraft i kantbalkar och åsar för takskiva av plåt på åsar och kantbalkar. Skjuv-veka ytterfält Tvärsnittsdeformation av plåt vid ändupplag. Infästning i sidöverlapp De största skjuvflödena av vind mot långsida och vind mot gavel ska väljas. Centrumavståndet mellan fästelementen i sidöverlappet beräknas enligt cn där Fb,Rd VEd VEd = skjuvflöde Fb,Rd = dimensioneringsvärdet för fästelementets skjuvhållfasthet med hänsyn till hålkantbrott Eftersom skjuvbrott i fästelementet inte får bli dimensionerande vid skivverkan gäller begränsningar för användning av vissa fästelement. Plåten och infästningar (t ex till gavelbalk) dimensioneras för det skjuvflöde som kan upptas i sidöverlappen (om skruvarna placeras tätare än cn) och med en extra säkerhet 25% eller 40%. VEd Infästning av kantbalk Kantbalkar av tunnplåtsprofiler skarvas normalt omlott vid varje upplagsbalk med överlapp ca 600 mm. Utböjning 1. 2. 3. 4. 5. 6. deformationer i plåtändar deformationer i sidöverlapp fästelement mellan plåt och kantbalkar skjuvöverföring plåt gavelbalk skjuvdeformation i plåten tryck och drag i kantbalkar / åsar Utböjningen av skivan medför att pelarna lutar. Taklasten ger då en horisontell komposant som ökar utböjningen. Om utböjningen blir för stor kan hela byggnaden rasa. Risken är störst vid låg byggnad. Alternativa sätt att stomstabilisera Det kan finnas situationer när man inte vill utnyttja tak och väggar för stabilisering t ex vid långa byggnader eller om man vill ha möjlighet att förlänga byggnaden i ett senare skede. Inspända pelare Med inspända pelare eller ramar kan man ta hand om horisontala laster mot byggnadens långsidor så att varje fack för sig tar upp sin del av lasten. Nolledsram Horisontala laster mot gavlarna kan dock tas upp genom skivverkan. Tvåledsram Checklista Byggnad, beteckning …...………………. Kommun eller ort ……...........…….…….… Regelbunden - Oregelbunden R• O• Isolerad - Oisolerad byggnad I • O• Ramsystem - Skivverkan R• S • Skivverkan i väggar (J = ja) J• Längd ….................… Bredd ………. Pelarhöjd långsida ….. Taksargshöjd ...… Taklutning…….… Vindkryss ….… Avstånd gavelpelare …….… Extra vindpelare långsida J • Takplåtens spännvidd … Antal fack .… Inspänning pelare långsida J• Inspänning pelare gavel J• Laster Säkerhetsklass skivverkan Säkerhetsklass transversallast Snözon …….… Formfaktorer för snölast Snöficka …….… …….… Plåt och balkar Plåt på Åsar - Huvudbalkar Å• H• Färg på plåt vid oisolerad byggnad …… Perforerad plåt J• Upplagsbredd, åsar, kantbalkar …….… huvudbalkar, gavelbalkar …….… Flänstjocklek, åsar, kantbalkar …….… huvudbalkar, gavelbalkar …….… Sträckgräns, åsar, kantbalkar …….… huvudbalkar, gavelbalkar …….… Hål J • Hålbredd …….… Hållängd …….… Placering …….… Extra last …….… Antal hål tvärs byggnaden …….… Antal hål i varje fack …….… Detaljer Typ av avvattning … Krönbalk ..Takränna .. Ansvariga (Firma, namn, adress, telefon, fax, e-post) Stomkonstruktör: Fästelement Leverantörsoberoende beteckningssystem för skruvar Exempel BS4,8 C4 LT14 FR P0,8 U0,8 Borrande skruv leded bricka med tätning frisläpp korrosivitetsklass tjocklek infäst plåt underlagets tjocklek Hur kan en sådan skruv se ut ? BORRANDE ROSTFRI SIDOÖVERLAPPSSKRUV 4,8x20 FÖR MAX 2 MM SAMMANLAGD PLÅTTJOCKLEK, MED FRI-SLÄPP OCH ROSTFRI LEDAD BRICKA MED TÄTNING Betongstommar Pelarna i betongstommar är i regel inspända och så styva att varje pelare kan stabilisera byggnaden för vindlast mot långsidan. Detta gäller normalt inte för pelarna i gaveln, varför skivverkan hos takplåten utnyttjas för vind mot gaveln. Vid flera skepp brukar mittpelarna vara inspända varför skivverkan tas i delskivor. Vid vindpelare i långfasaden mellan huvudpelarna kan delskivor mellan varje huvudbalk utnyttjas. Ibland behövs lastfördelningssträva. Isolerat tak med plåt på åsar Bärande plåt på åsar Två yttersta åsarna är kantbalkar Åsar Gavelpelare Huvudbalk Vindkryss i gavel Skjuvöverföringsplåt Vindkryss i långsida a) b) Oisolerad byggnad, temperaturskillnad Yta Svart Mörk Mycket ljus Förzinkad Aluminium Max + 40 + 40 + 25 + 50 + 35 Exempel: Mörk plåt, 6 m lång D = 40*0,000012 * 6000 = 3 mm Förankra plåten på mitten Min - 10 - 10 - 10 - 10 - 10 Oisolerat tak med plåt på åsar Bärande plåt på åsar Åsar Två yttersta åsarna är kantbalkar i varje skiva Dubbla åsar i nock Skjuvöverföringsplåtar Vindkryss i gavel b) Vindkryss i långsida Dubbel plåt närmast gavel a) b) a) c) Figur 3.12 Infästning av plåt till huvudbalk vid plåt på åsar. a) Lättåsar b) Valsade åsar c) Skjuvöverföringsplåt b) Fixeringspunk ter (sk juvöverföringsplåtar) c) Figur 6.1 a) Fixeringspunk ter vid tak sk ivor vid oisolerad byggnad. b) Eftergivligt upplagsstöd c) Plåt på tak nock Fixeringspunkter (skjuvöverföringsplåtar) c) Skjuvöverföringsplåt Knap a) av plattstål Figur 6.1 a) Fixeringspunkter vid takskivor vid oisolerad b yggnad. b ) Eftergivligt upplagsstöd c) Plåt på taknock Nockbeslag c) a) b) Skjuvförband mellan gavelbalk och plåt vid oisolerad byggnad. a) Plåt svetsad till gavelbalk b) L-stång. Skjuvförband mellan gavelbalk och plåt vid oisolerad byggnad. c) Skjuvöverföringsplåt g) f) d) c) e) a) Temperaturskillnad h) b) Vindlast Skjuvflöde och krafter i skjuvöverföringsplåtar. Oisolerad byggnad Skjuvöverföringsplåt Överföringen av skjuvkrafterna mellan takplåten och gavelbalkarna för isolerat tak med plåt på åsar sker genom distanser av Z-profiler, som placeras mellan takåsarna och fästs till gavelbalken och takplåten. Skjuvöverföringsplåtar placeras vanligtvis mellan alla takåsar såvida inte krafterna är små. Vid oisolerade tak placeras skjuvöverföringsplåtar på varje huvudbalk men endast en på varje takhalva och placerad på mitten av takfallet. Längden av skjuvöverföringsplåtarna inne på taket görs ungefär hälften så långa som vid gavel. Skjuvflöde och krafter i kantbalkar. Oisolerad byggnad, vind mot gavel Specialskivor Håltagningar S Tak med varierande bredd S Valmade tak Konstruktioner med begränsat antal vindkryss i väggarna S Triangulära tak Stora taklutningar S Tak med nivåskillnader (S) Kontinuerliga takskivor Konsolskivor S Delskivor S Väggskivor (S) S ingår i SkivDim (S) SkivDim kan användas indirekt hh hh / 2 hh hh / 2 Dubbel plåt Träreglar, plåtprofiler eller valsade profiler Kantförstyvningar kring stora hål Exempel på förstärkning kring små hål i takskiva Vindkryss Normalt sätter man in vindkryss i alla fyra sidorna, men det är inte alltid nödvändigt. l2 Tryck F2 F1 Tryck Drag Figur 5.8 Skjuvflöde och kraft i kantbalkar för takskiva av plåt direkt på takbalkar. Vindkryss i en av långsidorna och båda gavlarna. Last mot gavel. a a F1 S1 S2 c cb b2 b1 d b e Skjuvflöde och kraft i kantbalkar. Byggnad mad stegvis varierande bredd. F2 d a b,c a d Skjuvflöde och krafter i kantbalkar. Byggnad med stegvis varierande höjd b c F Påbyggnad b R från hela påbyggnadshöjden a R = koncentrerad last Trapphus etc Trapphus e d Konsolskiva Konsolskiva Fritt upplagd skiva Alternative 1. Dela upp skivan i tre delar F1 F2 RA F3 F4 RB Alternative 2. Ansätt reaktionskrafter F1, F2, F3 och F4 så att RA = 0 och RB = 0. Om symmerti F1 + F2 = RA och F3 + F4 = RB Skivor i vinkel Beräkna krafter i kantbalk som om skivan vore rak 2Fsin F Beräkna avlänkningskraft F 2 f sin() Dimensionera en stång i brytningslinjen för denna tryckkraft (=- dragkraft) 2Fsin F F 2Fsin Branta tak V=1 k c d b b c a a Q=1 b Skarvning av plåt Fall 2 Plåt med enkel omlottskarv. Den övre plåten skruvas till balken i den undre flänsen och i liven i vänster skarv Fall 3 Plåt med enkel omlottskarv. Den övre plåten skruvas till balken i den undre flänsen och i liven i höger skarv Fall 4 Plåt med enkel omlottskarv där plåtarna har bytt plats. Den övre plåten skruvas till balken i den undre flänsen och i liven Fall 5 Plåt med dubbel omlottskarv. Den övre plåten skruvas till balken och i liven Fall 6 Kontinuerlig plåt med upplagsplåt Ms Fall 1 Plåt med enkel omlottskarv. Den övre plåten skruvas till balken endast i den undre flänsen Mellanstöd vid kontinuerlig plåt Kontrollera maximalmomentet för moment enbart Rls 8 Ms Rls 4 ls Kontrollera interaktionen i kanten av upplaget Enkel överlapp Kontrollera undre plåten ”som vanligt” för maxmoment och interaktion Ms Rls 4 Moment i undre plåt Moment i övre plåt A D B Kontrollera skruvarna i profilbotten och ev i livet C Kontrollera dessutom övre och undre plåten för tvärkraft Dubbel överlapp Plåtarna samverkar över stöd A B C D Kontrollera undre plåten för tvärkraft Z-balk 0,1L 0,2L L 2 qcos q z khq cos khq qsin y khq Lutning hos huvudtröghetsaxlarna ger sidokraft khq ... 0,1L L q q q > k hq khq khq sin 1 0,1L = + khq ... som ger sidoböjning av den fria flänsen khq Underflänsen = balk på elastiskt underlag Hs = (1+)khR q (1+)khq c fa st kh q Hs Rb khq a) h R b) khq (1-)khq c) Rb = (1-)khR Beräkningsmodell ev. förstärkningsbalk, C-balk innerbalk innerbalk ytterbalk innerbalk F1v F1h M s1 M f1 Ms2 Mf2 Kantås Skjuvflöde och kraft i kantbalkar och åsar för takskiva av plåt på åsar och kantbalkar. Skjuv-veka ytterfält Tvärsnittsdeformation av plåt vid ändupplag. Upplagsreaktioner av snölast – den näst yttersta åsen blir oftast dimensionerande
© Copyright 2024