Projektowanie konstrukcji stalowych Część 2 Belki, płatwie, węzły i połączenia, ramy, łożyska

„Projektowanie konstrukcji stalowych” to syntetyczne ujęcie obszernych i rozczłonkowanych postanowień norm Eurokod, zwłaszcza Eurokod 3, wraz ze wskazaniem ich praktycznego stosowania podczas wymiarowania i projektowania podstawowych stalowych elementów konstrukcyjnych (pręty ściskane, rozciągane, słupy, belki, węzły) i ustrojów konstrukcyjnych (dźwigary kratownicowe, układy poprzeczne słupowo – ryglowe, ramy).
Opracowanie stanowi rodzaj przewodnika w procesie projektowania podstawowych elementów konstrukcyjnych i bardziej złożonych zespołów nośnych stalowych szkieletów konstrukcyjnych, ułatwiającego projektantom, ale również wykonawcom konstrukcji prawidłową interpretację, aplikację i praktyczne zrozumienie zasad konstrukcyjnych przyjętych w postanowieniach norm Eurokod. Podstawy teoretyczne wyjaśniające zasady projektowania, w tym wymiarowanie i konstruowanie prostych lub bardziej złożonych stalowych elementów i ustrojów konstrukcyjnych, poparto licznymi przykładami obliczeniowymi z szkicami ich rozwiązań konstrukcyjnych.
Druga część „Projektowania konstrukcji stalowych”, której egzemplarz właśnie Państwo czytają, to przede wszystkim omówienie zasad projektowania belek, płatwi, węzłów i połączeń, ram oraz łożysk. Autor w sposób rzeczowy omawia m.in. kwestie nośności dźwigarów pełnościennych oraz płatwi dachowych, modelowania węzłów, obliczania ram nośnych oraz projektowania belek walcowanych.
Zachęcamy także do zapoznania się z pierwszą częścią opracowania. Autor skupił się w niej na dźwigarach kratownicowych, słupach i ramownicach. Obydwie części stanowią komplementarny zestaw wiedzy niezbędnej praktykującym inżynierom, ale także studentom wydziałów budownictwa i wydziałów pokrewnych wyższych uczelni technicznych.

Spis treści

Przedmowa do części 2   XIII
Podstawowe oznaczenia   XIV
9. Ugięcia i nośności dźwigarów pełnościennych   1
9.1. Ogólna charakterystyka i zastosowanie dźwigarów pełnościennych 1
9.2. Klasyfikacja, oznaczenia cech geometrycznych przekrojów belek . 2
9.3. Ogólne podstawy projektowania dźwigarów pełnościennych   4
9.3.1. Długość obliczeniowa i konstrukcyjna belki   4
9.3.2. Reakcje podporowe, siły i momenty zginające przekrojowe, nośności przekrojów   5
9.3.3. Ugięcia   6
9.4. Zwichrzenie dźwigara pełnościennego  7
9.4.1. Zjawisko zwichrzenia   7
9.4.2. Teoretyczne podstawy określania momentów krytycznych zwichrzenia   9
9.4.3. Moment krytyczny belki monosymetrycznej   10
9.4.4. Moment krytyczny dwuteowej belki bisymetrycznej   14
9.4.5. Moment krytyczny belki wspornikowej   16
9.4.6. Współczynnik zwichrzenia i smukłość względna   18
9.5. Nośność dźwigara bez pośrednich podparć bocznych zabezpieczających przed zwichrzeniem   21 9.5.1. Uwagi ogólne   21
9.5.2. Zginanie jednokierunkowe   22
9.5.3. Zginanie dwukierunkowe  22
Przykład P9.1. Belka jednoprzęsłowa niestężona, podparta widełkowo na podporach   23
Przykład P9.2. Belka wspornikowa niestężona   25
Przykład P9.3. Jednoprzęsłowy dźwigar spawany obciążony siłami rozłożonymi, podparty widełkowo, bez stężenia pośredniego   26
Przykład P9.4. Jednoprzęsłowy dźwigar spawany obciążony ciężarem własnym (w montażu)   28
9.6. Konstrukcyjne zabezpieczenia (stężenia boczne) przed zwichrzeniem . 31
9.6.1. Uwagi ogólne   31
9.6.2. Punktowe konstrukcyjne stężenia zabezpieczające przed zwichrzeniem   31
Przykład P9.5. Dźwigar spawany ze stężeniem bocznym punktowym pasa ściskanego   36 9.6.4. Stężenia konstrukcyjne wymuszające oś obrotu zwichrzenia belki   38
9.6.5. Ciągłe konstrukcyjne stężenia zabezpieczające belki przed zwichrzeniem   39
9.7. Nośność zginanych dźwigarów zabezpieczonych konstrukcyjnie przed zwichrzeniem   41
9.7.1. Zginanie jedno- i dwukierunkowe   41
9.7.2. Ścinanie przekrojów   43
9.7.3. Zginanie ze ścinaniem   45
9.7.4. Zginanie z siłą podłużną   45
9.7.5. Kryterium początku uplastycznienia   47
Przykład P9.6. Nośność plastyczna zginanego dźwigara walcowanego jednoprzęsłowego   49
Przykład P9.7. Nośność zginanego i ścinanego monosymetrycznego dźwigara spawanego   50
Przykład P9.8. Dźwigar zginany i ściskany zabezpieczony przed zwichrzeniem   53
9.8. Skręcanie belek z kształtowników   55
9.8.1. Podstawy teoretyczne   55
9.8.2. Wewnętrzne momenty skręcające   57
9.8.3. Naprężenia w przekrojach poprzecznych   59
9.8.4. Nośność przekrojów skręcanych według Eurokodu   61
Przykład P9.9. Nośność dźwigara walcowanego skręcanego i zginanego   61
9.9. Analiza sprężysta belek statycznie niewyznaczalnych   66
9.9.1. Uwagi ogólne   66
9.9.2. Momenty zginające w zakresie sprężystym, nośność   67
9.10. Globalna analiza plastyczna belek statycznie niewyznaczalnych . . .   69
9.10.1. Założenia i metody analizy   69
9.10.2. Przegub plastyczny   70
9.10.3. Metoda przyrostowa w określaniu obciążeń granicznych . .   73
9.10.4. Zasada prac wirtualnych w określaniu obciążeń granicznych   75
9.10.5. Nośność belki statycznie niewyznaczalnej   77 Przykład
P9.10. Obciążenia graniczne belki walcowanej jednoprzęsłowej obustronnie utwierdzonej określone metodą przyrostową   78 Przykład
P9.11. Obciążenia graniczne belki walcowanej jednoprzęsłowej jednostronnie utwierdzonej określone wg zasady prac wirtualnych   81
Przykład P9.12. Nośność podciągu trójprzęsłowego określona metodą kinematyczną   83
9.11. Środnik belki pod obciążeniem skupionym   86
9.11.1. Rodzaje odkształceń środnika   86
9.11.2. Naprężenia ściskające w środniku przy obciążeniu skupionym 86
9.11.3. Nośność środnika przy lokalnym uplastycznieniu i utracie stateczności miejscowej   88
9.11.4. Długość strefy docisku   88
9.11.5. Długość efektywnej strefy rozkładu naprężeń   89
9.11.6. Interakcja nośności od obciążenia skupionego, momentu zginającego i siły podłużnej   91 9.11.7. Nośność środnika przy wyboczeniu   91
Przykład P9.13. Nośność środnika belki pod obciążeniem skupionym 92
9.12. Niestateczność miejscowa nieużebrowanych zginanych przekrojów klasy 4   96
9.12.1. Uwagi ogólne   96
9.12.2. Przekrój efektywny belki z pasem klasy 4   98
9.12.3. Przekrój efektywny środnika klasy 4   100
9.12.4. Przekrój współpracujący klasy 4   101
9.12.5. Niestateczność środnika przy ścinaniu   102
9.12.6. Stateczność pasa przy smukłym środniku   104
9.12.7. Interakcja poprzecznych sił ścinających, momentu zginającego i siły podłużnej   104
Przykład P9.14. Nośność dźwigara spawanego o przekroju poprzecznym klasy 4   105
9.13. Podparcia i utwierdzenia belek   108
9.13.1. Uwagi ogólne   108
9.13.2. Podparcie w ścianach   108
9.13.3. Utwierdzenie końca belki w ścianie   114
9.13.4. Podparcia belek na podciągach stalowych   115
10. Belki walcowane   119
10.1. Przekroje poprzeczne   119
10.2. Belki bisymetryczne   121
10.2.1. Dobór przekroju poprzecznego   121
10.2.2. Procedura projektowania   122
Przykład P10.1. Belka walcowana bisymetryczna jednoprzęsłowa . 122
Przykład P10.2. Belka dwuprzęsłowa bisymetryczna   123
10.3. Belki walcowane, ażurowe   125
Przykład P10.3. Dźwigar ażurowy z kształtowników walcowanych 129
10.4. Belki monosymetryczne o przekroju ceowym   132
Przykład P10.4. Rygiel ściany osłonowej z pojedynczego ceownika 134
10.5. Niesymetryczne przekroje belek   137
Przykład P10.5. Płatew okapowa o niesymetrycznym przekroju poprzecznym   139
10.6. Belki wzmacniane   142
Przykład P10.6. Wzmocniona walcowana belka stropowa 144
11. Płatwie dachowe 146 
11.1. Charakterystyka ogólna  146
11.2. Schematy statyczne i obciążenia  148
11.2.1. Jednoprzęsłowe i wieloprzęsłowe płatwie 148 
11.2.2. Jednokierunkowe i dwukierunkowe zginanie 150 
11.3. Płatwie z kształtowników walcowanych 151 
11.3.1. Schematy statyczne — podwieszane płatwie 151 
11.3.2. Zwichrzenie płatwi walcowanych   154
11.3.3. Płatwie stężane pokryciem dachu   154
Przykład P11.1. Podwieszana trójprzęsłowa płatew dachowa z kształtownika IPE 160  
11.3.4. Płatwie walcowane stężane blachami profilowanymi  161
Przykład P11.2. Płatew wieloprzęsłowa z kształtownika walcowanego stężona blachą fałdową 168 
11.4. Płatwie cienkościenne z kształtowników profilowanych na zimno ...172 
11.4.1. Wiadomości ogólne. Stałe wyjściowe   172
11.4.2. Cechy geometryczne profili cienkościennych 173 
11.4.3. Niestateczność miejscowa i dystorsyjna 175 
11.4.4. Niestateczność ogólna (zwichrzenie) płatwi przy wymuszonej poszyciem osi obrotu   180
11.4.5. Nośność przy zginaniu   186
Przykład P11.3. Płatew o przekroju cienkościennym ceowym, z pojedynczym zagięciem, jednoprzęsłowa, stężona poszyciem z blachy trapezowej  187
Przykład P11.4. Płatew cienkościenna o przekroju zetowym, wieloprzęsłowa ze stężeniem z blachy fałdowej  196
12. Spawane dźwigary pełnościenne  205
12.1. Informacje ogólne, przekroje poprzeczne 205 
12.2. Projektowanie wymiarów przekrojów poprzecznych dźwigarów nieużebrowanych podłużnie 206  12.2.1. Ciężar własny  206
12.2.2. Wysokość środnika 206 
12.2.3. Grubość środnika 207 
12.2.4. Przekrój pasa  208
12.3. Kształtowanie podłużne blachownicy 208 
12.4. Nośność blachownic  212
12.5. Styki warsztatowe i montażowe blachownicy. Spoiny łączące pasy ze środnikiem 212 
Przykład P12.1. Dźwigar spawany pełnościenny jednoprzęsłowy ze stopniowaną grubością pasów 214 
Przykład P12.2. Dźwigar spawany dwuprzęsłowy   221
12.6. Dźwigary spawane ze środnikami z cienkich blach profilowanych . .   228
12.6.1. Cechy geometryczne i zastosowanie   228
12.6.2. Nośność przy zginaniu   229
12.6.3. Nośność przy ścinaniu   230
12.6.4 Ugięcie dźwigarów   231
12.7. Dźwigary spawane użebrowane   231
12.7.1. Charakterystyka i zastosowanie   231
12.7.2. Teoretyczne podstawy stateczności miejscowej idealnych płyt prostokątnych   233
12.7.3. Przekrój efektywny przekroju poprzecznego zginanego użebrowanego dźwigara ze ściankami klasy 4   241
12.7.4. Nośność przy ścinaniu środników klasy 4 przekrojów poprzecznych dźwigarów spawanych   253 12.7.5. Żebra usztywniające środniki klasy 4   257
Przykład P12.3. Dźwigar spawany z żebrami podłużnymi i poprzecznymi   263
Przykład P12.4. Dźwigar skrzynkowy spawany z użebrowanymi ściankami klasy 4   274
12.7.6. Stateczność środników klasy 4 w świetle metody naprężeń zredukowanych   285
Przykład P12.5. Stateczność środnika dźwigara spawanego obliczona metodą naprężeń
zredukowanych  291
13. Węzły, połączenia elementów zginanych   297
13.1. Definicja węzła   297 13.2. Klasyfikacje węzłów   297
13.2.1. Klasyfikacja sztywności węzłów   298
13.2.2. Klasyfikacja nośności  299
13.3. Modelowanie węzłów  300
13.4. Połączenia przegubowe elementów zginanych  302
13.4.1. Rodzaje i podział połączeń   302
13.4.2. Połączenia przegubowe belki z nakładkami z płaskowników   305
Przykład P13.1. Połączenie przegubowe zakładkowe, śrubowe belki z podciągiem   309
13.4.3. Połączenia przegubowe śrubowe z zakładkami z kątowników pomocniczych   311
Przykład P13.2. Połączenie przegubowe belki z podciągiem z kątownikami pomocniczymi  312
13.4.4. Połączenia przegubowe śrubowe z blachami czołowymi . 315
13.4.5. Połączenia przegubowe ze stołkami podporowymi   316
Przykład P13.3. Połączenie przegubowe belki ze słupem z podatnym stołkiem podporowym   319
Przykład P13.4. Połączenie przegubowe belki ze słupem i sztywnym stołkiem podporowym   321
13.4.6. Spawane połączenia przegubowe belki ze słupem   323
Przykład P13.5. Połączenie przegubowe belki ze słupem ze spawanymi kątownikami pomocniczymi   326 13.4.7. Styki przegubowe zakładkowe belek   328
Przykład P13.6. Styk zakładkowy przegubowy belki walcowanej 329
13.5. Węzły sztywne   331
13.5.1. Konstrukcje, rodzaje sztywnych węzłów i połączeń   331
13.5.2. Siły i momenty działające w węźle i modelu każdego węzła   332
13.5.3. Nośność węzła sztywnego rygla z nieużebrowanym środnikiem słupa   333
13.6. Węzły śrubowe (doczołowe) rygli ze słupami ram z kształtowników dwuteowych   334
13.6.1. Uwagi ogólne   334
13.6.2. Nośności obliczeniowe podstawowych elementów składowych węzła   335
13.6.3. Modele zniszczenia zastępczych króćców teowych   337
13.6.4. Nośność zginanego pasa słupa w węźle doczołowym   338
13.6.5. Nośność zginanej blachy czołowej siłą rozciągającą N t,Ed • 342
13.6.6. Nośność pasów i środnika belki w węźle doczołowym . . 343
13.6.7. Nośność węzłów doczołowych   344
13.6.8. Sztywność obrotowa węzła   344
Przykład P13.7. Węzeł doczołowy rygla ramy IPE 300 i słupa HEB 240 348
13.7. Węzły z nakładkami z kątowników   358
13.7.1. Uwagi ogólne   358
13.7.2. Nośność elementów węzła   359
13.7.3. Sztywność węzła z nakładkami z kątowników  360
13.8. Węzły spawane rygli ze słupami z nieużebrowanymi środnikami 360
13.8.1. Uwagi ogólne   360
13.8.2. Nośność obliczeniowa elementów podstawowych połączenia   362
Przykład P13.8. Nieużebrowany węzeł spawany rygla IPE 300 ze słu-pem HEB 240   363
13.9. Zdolność węzła do obrotu   366
13.9.1. Zasady ogólne   366
13.9.2. Węzły sztywne śrubowe   367
13.9.3. Węzły sztywne spawane   368
13.10. Węzły z użebrowanymi panelami środników słupów   370
13.10.1. Wytyczne obliczeń   370
13.10.2. Pole przekrojów żeber usztywniających   372
Przykład P13.9. Węzeł spawany z żebrami poziomymi usztywniający-mi panel środnika słupa   373 Przykład P13.10. Spawany węzeł sztywny narożny ramy prostokątnej   374
13.11. Połączenia ciągłe zakładkowe   377
13.11.1. Połączenia krzyżujących się belek   377
Przykład P13.11. Połączenie sztywne belki ciągłej z podciągiem z nakładkami z płaskowników   379
Przykład P13.12. Połączenie sztywne belki ciągłej z podciągiem z blachami czołowymi belek   383
13.12. Styki ciągłe (sztywne) belek   385
13.12.1. Rodzaje styków sztywnych   385
13.12.2. Styk zakładkowy śrubowy lub spawany   387
Przykład P13.13. Styk ciągły belki walcowanej jednoprzęsłowej . 388
13.12.3. Styk śrubowy z blachami czołowymi   392
Przykład P13.14. Styk ciągły śrubowy doczołowy rygla ramy   393
13.12.4. Styki słupów wielokondygnacyjnych   395
Przykład P13.15. Styk śrubowy rury rozciąganej   397
14. Ramy nośne   399
14.1. Uwagi ogólne, schematy statyczne, przekroje poprzeczne   399
14.2. Podstawy obliczania nośności ram metodą globalnej analizy sprężystej 402
Przykład P14.1. Rama stalowa parterowa jednoprzęsłowa, przechyłowa 403
Przykład P14.2. Rama nośna sześciokondygnacyjnego budynku . . . 410
14.3. Globalna analiza plastyczna ram stalowych   418
14.3.1. Założenia i uwagi ogólne   418
14.3.2. Analiza plastyczna ram z uwzględnieniem teorii I rzędu . .   419
Przykład P14.3. Analiza plastyczna ramy portalowej — metoda statyczna 420
Przykład P14.4. Analiza plastyczna ramy dwuryglowej sześciokrotnie statycznie niewyznaczalnej metodą kinematyczną . . 421
14.3.3. Stężenia punktowe boczne i przeciwskrętne w miejscach przegubów plastycznych  429
14.4. Konstrukcje węzłów   438
14.4.1. Uwagi ogólne   438
14.4.2. Węzły spawane   438
14.4.3. Użebrowane węzły śrubowe   440
14.4.4. Naroża spawane pachwinowe (z zaokrąglonymi pasami wewnętrznymi)  441
14.5. Siły wewnętrzne i nośności elementów składowych użebrowanych węzłów ram   441
14.5.1. Rodzaje modeli obliczeniowych węzłów   441
14.5.2. Model obliczeniowy węzła wierzchołkowego w konfiguracji jednostronnej
bez skosów (naroża)   443
Literatura   446
Książki i artykuły   446
Normy   448