Constructii Din Otel Rodica Crisan [PDF]

Zitiervorschau

7t t

coNF.

DR. ARH. RODTCA CR|$AN

(0 lffnlj(Il

I Dllf 0T{r

*!

j"^t#:!

EDITURA UNIVERSITAnA,IoIv

Bucuregti2000

t

L

MINcU,

ii

I

I

.I-'a J {w'-1, ,

coNSTRUCTTI DrN OTEL

CUPRINS pag

lntroducere: METALUL lN CONSTRUC]II: FIER, FONTA, OTEL

1

oTELUL DE CONSTRUCJil: CLAS|FICAR|, SORTTMENTE

3

CARACTER|STTCTLE OTELULUT

4

PROTECTTA LA FOC

6

PROTECTTA CONTRA COROZTUN

I

I

9

PRODUSE DE BAZA DIN OTEL

10

PROCEDEE DE ASAMBLARE A ELEMENTELOR DIN OTEL

15

ciTEVA REGULTGENERALE pRtvtND coNSTRUcTilLE DtN oTEL

21

ELEMENTE STRUCTURALE

22

NODURI IIVTRE ELEMENTE STRUCTURALE

31

coNcEPTrA DE ANSAMBLU A STRUCTURil

38

PLAN$EE

48

SCARI

58

STRUCTURT DrN OTEL - STNTEZA

60

PERETT DE INCHIDERE

65

PERETI DE COMPARTIMENTARE

74

Bibliografie

78

Exemple de construcliicu schelet din olel

I - XXIV

CONSTRUCTII DIN OTEL

Introducere: METALUL tN CONSTRUCTil. FIER, FONTA, OTEL Utilizarea fieruluiin constructii este foarte veche, datind din primul mileniu i.C; era insi produs in cantitate mici gifolosit doar pentru confectionarea unor piese de legitur6 gide ranforsare. Pini la revolulia industriald, materialele de constructie majore sunt lemnulgipiatra. Metalul (fier forjat sau fonti) are de regulS rol auxiliar gi se folosegte cu 'discrelie' sub formd de ancoraje, agrafe, tiranli, grilaje gi, uneori, stilpi. Prima constructie din fonti dateaze din a doua jumatate a sec. XVlll; este podul peste Severn la Coalbrookdale, GB (1777),30 m deschidere. La inceputulsec XIX se extinde utilizarea fontei in constructii, nu numai la poduri gi apeducte, ci gi sub formi de stilpi gi grinzi ce formeazi scheletul unor constructii industriale, permitind acoperirea unor spatii mari cu structuri relativ ugoare gi neinflamabile.' Elemente decorative din fonti sunt utilizate din ce in ce mai des, pentru constructiicurente, ca gi pentru clidiri reprezentative, creind un nou stil arhitectural. Primele utilizdri ale {ierului ca element structural dateaz6, de la mijlocul secolului XlX. Perioada de glorie a constructiilor metalice se situeazd intre jumitatea sec. XIX gi primul rdzboi mondial, in legituri cu progresul rapid al industriei siderurgice. Sunt puse in valoare calitd|ile gi for[a expresivd a noului mod de a construi: rezistenta fierului la intindere este exploatate la realizarea de poduri cu mari deschideri' (poduri suspendate pe lanluri gi cabluri, poduri cu grinzi chesonate, poduri cu grinzi in zibrele); greutatea redusd gi ductilitatea fierului au contribuit in arhitectura cl5dirilor la rdspindirea stilului floreal (Liberty). Diferenta fizici intre fontd gi fier este determinati de conlinutul in carbon, ce se traduce in caracteristici gi procedee de producere diferite. Fonta este casante, se toarne in forme, rezistd bine la compresiune. Fierul este un material dur, maleabil, elastic ai ductil, rezistd bine la intindere; este fasonabil, se incovoaie, se contracte sau se dilatd, dar nu se rupe. Elementul constructiv predilect alfontei este stilpul; celalfierului este grinda. Fierul provine din uzine metalurgice; prin laminare' ia formi de bare, pldci, corniere: devine profil. Tehnica asambl5rii cu nituiri a facilitat mult exploatarea constructive a fierului. Progresele in tehnologia fierului oferd mijloace economice de realizare a unei intregi game de clddlri (giri, hale, expozilii, sere). Se dezvolti astfel un tip constructiv gi arhitectural nou ce asociazd tierul gi sticla, doud mateiale produse industrial. Sera este exemplul ce consacri posibilititile absolut noi oferite de fier, care joacd in acest caz dublu rol, fizic Ai geometric: este structure gi desen, intr-o suprafati de sticli. Filiatia inceputi de serd continud in timp cu veranda, marchiza, bovindoul, copertina de sticle.

La inceputul sec. XlX, inmultirea incendiilor ce afecteazd clddirile din lemn, determind adoptarea sistemuluiconstructiv metalic, in ciuda cheltuielilor suplimentare pe care le implica. Standardizareao va permite sc5derea costurilor gi scurtarea timpului de execulie. Dupd 1850 industria siderurgici oferS constructorilor profile laminate sub formd de table gi profile cu rezistenle la intindere gi incovoiere superioare fontei, la preluri comparabile. Aceste profile revolutioneazi domeniul constructiilor, permilind construirea de clSdiri-turn, cu schelet metalic din laminate asamblate prin nituire la cald giperetide umpluturd. Noile produse sunt utilizate pentru crearea unor noitipuride elemente structurale {grinda mixti, grinda in zibrele, grinda chesonate, etc). ' Filatura de bumbac Philip & Lee, Manchester,1801; pavilionul regal de la Brighton - J.Nash, 1818.

'

Podul de la Menai -Jara Galilor (1819-1824), 173 m; podul de la Fribourg (1834),273 m; podul Brooklyn ('1870), cca 500 m.

'Procedeu invental in Anglia, in 1774, odatd cu pudlarea (procedeu de indepertare a impurit5lilo0. o

Cryslal Palace - Joseph Paxlon, Londra 1851 - prima manfestare imporlante de standardizare (fontd, fier, sticle).

coNSTRUCTil DrN OTEL

grinda in zdbrele, grinda chesonat5, etc).

Otelul este rezultatul progresului tehnic in ceea ce privegte compozilia materialului gi modul de producere. Prin reducerea continutuluide carbon sub 2% se obline un material mai elastic, mai dur, mai rezistent. Principiul tratirii directe a fontei pentru producerea olelului s-a descoperit in 1856 in Angliau. Odate cu extindere utilizdrii otelului, procedeele de asamblare, tehnicile de laminare, modelele de calcul alstructurilor, se modifici sensibil. Sudura ia locul niturilor, determinind schimbdri in aspectul constructiilor. Este epoca in care se nagte o noui formalie profesionald: inginerul de structuri gi biroul de proiectare. ln prima jumdtate a sec. )C( utilizarea pe scard largi a olelului in construclii se mute in SUA; construclia de'zgirie-nori'folosegte olelul pentru rezistenla sa dar, in general, il ascunde sub placaje de piatrd (v. Empire State Building, Rockefeller Center). Noul mod de a construi, repetind la infinit pe verticali acelagi tip de etaj cu structure din stilpi gi grinzi de o1elu, aduce dupi sine ralionalizarea execuliei, montajul uscat gi prefabricarea.

In Europa anilor '30 Jean Prouv6 di un nou impuls folosirii metalului in construclii.

Degi

preocupdrile sale se indreaptd indeosebi spre falade, gnja pentru detaliu, originalitatea in

fasonarea otelului, conduc la noi refleclii arhitecturale privind utilizarea olelului. Robert le Ricolais, inginer-artist, contemporan cu Prouv6, realizeazd sisteme structurale originale, bazate pe cabluri gi tevi, ce se inscriu in orizontul de ciutdri promovat in principal de Buckminster Fuller (cupolele geodezice, ce permit inchiderea volumului maxim cu minimum de material). Ca exemple reprezentative pentru arhitectura ultimelor decenii pot fi relinute: Centrul nalional de artd gi culturd George Pompidou, Paris (1971, Renzo Piano, Richard Rogers); Sediul bancar Hongkong (1975, Norman Foster); Institutul lumii arabe, Paris (1g88, J. Ntouvel, P. Soria, G. Lezen&s gi Architecture Studio); Piramida de la Luvru (1ggg, l. M. pei, G. Duval, M. Macary), I.a.

A

{ {

5

Inlre 1850 $i 1915 fierul pudlat gi olelul sunt utilizate simultan; numai nalurii metalului.

o

analizS,

metalografici permiie determinarea

" TiP Oe construclie inventat de William Le Baron Jenney; Home lnsurance Building (1884) esle considerat primul 'zgirie-nori'.

CONSTRUCTII DIN OTEL

oTELUL DE CONSTRUCTil.

CLASTFTCART, SORTTMENTE.

9lelul se obtine din minereul de fier printr-o succesiune de operalii ce au ca scop separarea fierului gi apoi transformarea fierului brut in otel, prin eliminarea impurititilor gi reducerea continutului de carbon. Otelql egie deci un aliai al fierului cu alte elementg pJrnqrpAlul_lllnd de conlinutulin cabon, olelul (< 2% ca49n) se deos€-begtede-fonti. -ggrbglgl. funclie Un oteleste definit prin caracteristicile sale fizice, mecanice gichimice. In construcliile metalice se= utilizeazd oteluri normate, respectiv oteluri ale ciror caracteristici sunt definite prin valori minimE sau maxime prescrise de norme' (valorile admise pentru calcule).

Existd mai multe tipuri de clasificlri ale otelurilor, functie de compozitia chimicd, funclie de caracteristicile mecanice de rezistentd la intindere sau functie de limita de elasticitate. 9le5lfieAreagqe$_utilizatd in constructiile metalice deosebegte otelurile tunqtie de fe4iqle

'@eii@ OL 37

otel 'moale' sau 'ductil' = otel normalpentru constructii metalice, denumit gi < ' @hivalent Fe 360 /Eilronorm; .@pentruconstruc|iimeta|ice(echiv'Fe510/Euronorm)

In cadrulfiecdreia dintre categorii (mdrci) standardele definesc mai multe clase de calitate.

Alegerea otelului este determinati de considerente de ordin tehnic (rezistentd, deformabilitate) gieconomic. Dincolo de aceste categorii, pot fiobtinute gi alte tipuride oteluri - cu caracteristicispeciale.

oTELURTLE SPECTALE

. Oteluri inoxidabile.-Au

rezistenle chimica mult superioara olelului obignuit, datorit4_eleli cu alte metAle cum ar fi crom. vanadium, molibden sau cupru; otel de duritate mare,.este sudabil e@ltlmiieprecalii; datoritd cosffieaza oe reguld la schelete metitic-a-._* o Oteluri patinabile. Create in jur de 1930 de US Steel sub numele de-Cor-TeI, se fabrici in Europa din anii '60. Contin mai pulin crom gi nichel decit olelul normal, dar au caracteristici

mecaniceasemen5toare'lnanumiteconditiideexpunere'i

progresiv cu un strat protector de oxizi care le conferd o bund rezistenld la coroziune; formarea asupra

in

dimensi0ndrii. Nu rezisti este necesari o proteclie suplimgntard.

. OtelqdlgtSglare.

Se utilizeaze pentru confectionarea unor elemente supuse

e la.

temperaturi

re,furna|e,etc);esteunaliajcucrom-nic6di-3aucrom. ?fr6ii6ii-en.'"

o,Qfeluri speciale de inaltd rezistenta. Mai dificil de sudat datorit5 conlinutului ridicat de carbon, sunt utilizate in cazuri particulare, cum ar fi precomprimarea, aparate de reazem, etc.

' Norme nalionale (STAS) $i norme europene (EURONORM)

GARACTERISTICI LE OTELU LUI permite calcule de rezistentd caracteristicile otelului sunt cunoscute cu mare preczie, ceea ce coeficientilor de sigurantd' Otelul este un material izotrop

p

le, atit lil$!!99l9-9!-q-! la

ggrnplqs"igne.

lemnul, betonul sau ziddria - capacitStile de rezistentd fiind *fi.itit. construcliilor metalice permit fq!-osirea unei-cantitFli rgdusq de m?tgri?lrAcesta e conditiilor insi relativ scump, q.? ,Utiliz9ata

Fald de alte materiale

- cum ar fi

"l

cerute.

pe de alte parte, manopera fiind oneroasd, costul construcliei depinde intr-o masuri importanta de timpulde fabricare gi montaj'

Greutatea

sPecifica:

Y

o o!el: 7.85 - 8.00 kN/m'

r aliaj ugor de aluminiu: 2.70 kN/m" Coeficientul de dilatare termicd': o o!el: 10 x [10"

.

/'C]

aluminiu: 24 x [10*

/'C]

Dilatarea datoratd varialiilor de temperaturd poate avea doud efecte, posibil a se combina:

-

varialii dimensionalesub efectultemperaturii; varialii ale eforturilor de compresiune: daci o bard de olel este astfel fixatd la capete incit

alungirea este impiedicatd, cregterea temperaturii determini eforturi suplimentare de compresiune.

Maleabilitatea este proprietatea anumitor metale de a se geEma la rece sau la cald fdri a ars nlu t, q*rutlFrui-s unt66ta6 rn affibile.

ffi

l

r@,

i

aot

Elasticitatea este proprietatea corpurilor care, deformindu-se sub acliunea unei forfe, tind sfrevmt la forma iniliala atunci cind forla inceteazd sd mai actioneze; 'modulul de erasticitatFGlal-ffii-maTerial exprim5,raportul intre efortuL-Unllafg-d,etq1[etie-gp99i!9-.q; E olel = 210 t 8a

I u,,,n

I

H

ll

n"aL

trs= 2

F"= nr. sec!. rezistente ale unui bulon

IMBINARI BULONATE

a)

ns

b)

Doui posibile mecanisme de rupere

Guseul de legdturd al unei structuri zabrelite se executa admitind cd tensiunile induse de buloane se distribuie sub un unghi de 300 de o parte $i de alta fate de direclia solicitarii.

a

pieselor imbinate cu buloane: pdn forfecare (a) gi prin intindere (b). Ruperea prin forfecare se previne prin respectarea condiliilor privind distanlele fald de margine giintre buloane.

I8

CONSTRUCTII DIN OTEL

cordon de contact cu penetrare completa

NOD INTRE DOUA GRINZI I REALIZAT CU SUDURI.

u'=

3,375

-f4

+l3

-r I

i

8,

L50x50x5

I

le I

+l3

I

+I

+

cornier de pozitionare pentru montaj

NOD INTRE DOUA GRINZI I REALIZAT CU BULOANE.

19

CONSTRUCTII DIN OTEL

,60 -f-1--ffi

60 60

60

60 60

'--t 70 180 +'- l.

60

180.7.480

-

o@ @@ @@

ee ee oe

@@

o@ @@

70.7.480

o u) ra,

n n o

to

)/'30 60 r 60 +60 Yt '30 240

IMBINARE DE INNADIRE INTRE 2 GRINZII. REALIZATA CU BULONNE

N,

r.r.rio 7

.?.300 a

IMBINARE DE INNADIRE INTRE 2 GRINZII, REALIZATA CU SUOUNI

20

@NSTRUCTil ptN OTEL

CITEVA REGULI GENERALE ... Prin caracteristicile sale, olelul oferi o mare libertate de conformare a elementelor structurale (stilpi, grinzi) gi permite realizarea de structuri deosebit de svelte, cu gabarite reduse gi cu punere in operi rapid6, prin metode de montaj 'uscat'. Ca atare, domeniul specific de utilizare a olelului esie in general caracterizat de cerinte deosebite in ceea ce privegte solicitirile, greutatea redusi, montajul rapid gilsau posibilitatea demonterii: construclii inalte, structuri de acoperire a unor deschideri mari, supraetajdri ugoare, restaureri discrete gi reversibile, construclii provizorii. O construclie metalicd rezultd din asocierea de profile gitable standardizate, ca'bucdli' ale unei 'cutii' montate. Ca atare, a construi din otel presupune a stApini proeedeele de imbinare, ce influenteazd in mod considerabil costul construcliei. lat5 deci unul din motivele pentru care, din toate timpurile, sectorul constructiilor metalice a acordati o atenlie deosebiti tehnicilor de asamblare.

In raport cu multitudinea formelor de utilizare pe care le permite olelul, este practic imposibild realizarea unui 'repertoriu' exhaustiv de solutii constructive eficiente; este insd nu numai posibil, cigi important a avea in vedere o serie de reguli generale ce permit realizarea structurilor din otel in conditii economice. Experienfa aratd cd autorii proiectului sunt cei care contribuie esenlial la realizarea in condilii economice a uneiconstructii metalice; conceplia structurii portante 9i rezolvirile de detaliu pot conduce la realizarea a cca 213 din economiile posibile. Metodele de preuzinare gi modul de montaj Tn gantier oricit de ralional, nu pot reduce semnificativ costul unei construclii concepute de o manierd oneroasd. Faptul cE pot fi realizate economii importante datoritd unor detalii constructive bine studiate, constituie o caracteristicd a construcliilor metalice. La proiectarea unei construclii cu structura din olel este necesar a line cont nu numai de dimensiunile pe care trebuie sd le aibi elementele portante, ci gi de felul in care sunt realizate 'nodurile', respectiv felul in care elementele structurale se imbind intre ele. Alegerea tipului de structuri gi a schemeistaiice asociate este strins legati de modul de imbinare intre elementele structurale; pe de alt5 parte, dimensiunile diferitelor elemente structurale pot fi influenlate de caracteristicile 'nodurilor', respectiv ale imbinirilor. In plus, o alegere judicioasd a profilelor gi a asamblirilor contribuie semnif icativ la scdderea costului structurii. Arhitectul gi inginerul stabilesc in comun conceplia construcliei gi sistemul portant: condiliile de utilizare gi eventuale modificdri in timp ale construcliei, dispunerea stilpilor 9i grinzilor ?n raport cu inchiderile 9i compartimentirile, alegerea unei trame economice gi stabilirea inSllimii plangeului, alegerea profilelor gi dimensionarea lor. Existi totodate o multitudine de posibilitili de ameliorare a proiectului prin contribulii ale divergilor parteneri implicali in realizarea construcliei (arhitect, inginer de structuri, inginer de instalalii, tehnolog, atelier de construclii metalice, constructor executant), in raport cu misiunile specifice fieciruia gi printr-o cooperare interdisciplinat6 perrnanentd, in care este esenlial ca fiecare din specialigtii implicali si posede cel putin notiuni elementare proprii celorlalte domenii. O colaborare eficienti ?ntre parteneri este o condilie esentiali nu numai in ceea ce priveqte costurile, dar gi pentru asigurarea calitatalii imaginiiobiectului arhitectural, indeosebiin cazulstructurilor aparente. Sintetizind, se poate spune c6, in ceea ce privegte proiectarea unei construclii cu schelet din otef , este necesar a avea in vedere - in mod corelat - urmitoarele aspecte: ' forma rationali a elementelor structurale ?n raport cu diversele situalii de utilizare; ' caracteristicile'nodurilor', respectiv modalitSlile de asociere a elementelor structurale; . tipulde structur6 gischema static6 asociati;

. '

verificarea prin calcul a rezistenlei gi stabilitdtii structurii (exclusiv in sarcina inginerului); alcituirea inchiderilor gicompartimentdrilor, ca gi relalia lor cu structura portanti.

21

coNSTRUCTil DrN OTEL

ELEMENTE STRUCTURALE Unuldintre avantajele otelului ca material de ralizare a structurilor portante este marea liberate pe care o permite in conformarea elementelor structurale, fie ele profile laminate utilizate ca atare sau alcdtuiri compuse, gi, pe aceasti baz5, posibilitatea de a alege forme rationale in raport cu solicitirile la care sunt supuse elementele structurale. Alegerea rationald a formelor se bazeazd pe c?teva noliunifundamentale de statici gi rezistenta materialelor.

STATICA Orice element structural trebuie sd se afle in stare de echilibru sub acliunea forfelor exterioare (incircdri utile, greutate proprie, vint, etc) gi a legdturilor care il menlin in pozilie (reazeme, incastrdri).

soLrcrrAR|

$

REZ|STENTA

Transmiterea incirc5rilor implicd 'mobilizarea' fortelor interne, numite solicitdri. Limitele lor (rezistenla ultimd) sunt determinate de materialele gi secliunile utilizate; functie de solicitarea specifici fiecdrui element structural (grindd, stilp, tirant, etc) vom avea: rezistenti la incovoiere, rezistenti la compresiune, rezistenth la intindere. f n toate aceste cazuri, existd o anumitd deformalie a elementului structural; aceaste deformatie este in general reversibild (se anuleazd cind dispare incdrcarea). Materialuligi manifesti astfel

gi RIGIDITATEA la deformare, prin doui caracteristici: modulul de al materialului gi caracteristicile secliunii solicitate, respectiv aria (A) gi

ELASTICITATEA

elasticitate

momentul de inertie {l).

Alte solicitdri care pot apdrea: forfecarea (ex. bulonul rezistd prin forfecare la efortul exercitat asupra pieselor metalice imbinate); torsiunea (ex. grinzi curbe sau incdrciri excentrice) Toate aceste moduri de a 'rezista'se pot combina pentru a echilibra forlele exterioare (spre exemplu, intr-o grindd incovoiati o parte a incdrcdrilor este preluatd prin rezistentd la forfecare).

INCARCARILE Pot figrupate ?n mai multe categorii:

' . '

lncdrcdristatice:

greutate proprie, ?ncircdri utile uniform repartizate sau concentrate, presiunea pdmintuluisau a apei.

lncircdridinamice:

vint, trepidatii ale unor utilaje, vibraliidin trafic auto.

Incdrciriocazionale:

varialii

'

lncdrcdrispeciale:

de

temperature, atacuri chimice, contractia

betonului

cutremur, impact, incendiu.

CARACTERISTICILE MATERIALULUI Se poate demonstra experimentalcd pentru majoritatea materialelor, giin particular pentru otel, deformalia este propo{ionalS cu incircarea atita timp c?t nu este depdgiti o incircare limite ce definegte astfel LIMITA ELASTICA. Limita elastice a olelului se numegte gi limitd de curgere, intrucit dincolo de aceastd limitd se mentin deformatii permanente chiar gi dup6 disparilia incircdrii; dincolo de acest punct metalulse comportd decica un material plastic.

22

CONSTRUCTII DIN OTEL

Este evident cd

in structura unei clSdiri nu se

admite incdrcarea elementelor

pini la limita

elastice; este necesard pistrarea uneianumite marje de STGURANTA. Principiile de bazi pentru dimensionarea unei structuri portante surit:

Aceste trei aspecte conditioneaz5 posibilitatea de utilizare a unei structuri; dacd una din cele trei conditii nu este respectatd, constructia rezulti inutilizabil5.

gi

stabilitSlii (sau verificarea siguranlei structurale) presupune a solicit6rile rezultate din incircdri, multiplicate cu un coeficient de sigurantd, nu

Verificarea rezistenlei

demonstra ci depdgesc rezistenla ultimd a structurii gi a elementelor sale. Problema stabiftelii se referd la stabilitatea generald a structurii, la prevenirea flambajului gi a rdsucirii elementelor comprimate gi respectiv incovoiate, ca gi la 'voalarea' (iegirea din planul

propriu) a unor pdrfi de secliune. Exemplul cel mai frecvent ?ntilnit il constituie barele comprimate. (Problema stabilitdlii de ansamblu este tratatd intr-un capitol separat)

o

Stabilitatea barelorcomprirnate. Flambajul,

ln cazul elementelor de structurd solicitate la compresiune, deformatiile nu joacd in general un rol determinant; ?n schimb poate apare un alt fenomen: FLAMBAJUL, ca formi de instabilitate

proprie elementelor comprimate zvelte. Aceastd zveltete depinde de lungimea liberd a elementului (lungimea de flambaj) 9i de 'imprigtierea' materialului in sectiune. Astfel, cu cit elementul este mai zvelt (lungime de flambaj mare gi/sau material concentrat in centrul sectiunii), cu

atTt

?ncdrcarea la care elementul comprimat igi pierde stabilitatea va fi mai mic6.

Profilul ideal (cel mai economic) rezultb a fi teava rotundS, profilul care asiguri stabilitatea la flambaj cu cel mai mic consum de material, 'imprAgtiat' radial in toate directiile. (v. fig - bare comprimate: clasament aldiverselor sectiuni posibile, in ordinea eficienlei economice)

Verificarea 'aptitudinii de serviciu' presupune a demonstra ci deforma$ilor corespunzdtoare incdrcirilor reale din exploatare nu vor depdgi valori acceptabile pentru utilizarea clSdirii, Este cazul general al elementelor ?ncovoiate. Restrictia privind deformatiile trebuie avutd in vedere cu atenlie special5 atunci cind elemente fragile dar rigide (ex. pereli din cSrimidi) reazemd pe elemente incovoiate (grinzi, plSci).

.

Deformarea barelor incovoiate. Sigeata, Pentru un anumit material - in cazul de fale otelul - solicitat la ?ncovoiere, cu un anumit modul de elasticitate, singurul factor care influenteaz6 deformalia este forma secliunii, respectiv 'imprdgtierea' materialului pe directia de incovoiere ('sdgeata' unei grinzi va fi cu atit mai micd cu c?t materialul este mai'imprdgtiat'pe verticalS). Pentru aceeagi greutate (acelagi consum de material), profilul de grindd cel mai rigid este cel la care materialul este plasat cel mai departe de centrulde greutate alsecliunii. In condiliide rigiditdtiegale, cel mai economic profil de grindi (cu cel"mai mic consum de material) este cel dezvoltat pe indllime. (v. fig - bare incovoiate: comparatie Tntre diverse profile de grinzi)

23

CONSTRUCTII DIN OTEL

BARE COMPRIMATE CLASAMENT rN ORDTNEA EF|C|ENTEI (penlru lungime de flomboj= 3.50 m; incdrcore 600 kN

io/ xo.J

40.6

180

kg/m

x

43

8

HEA

220

HEB

kg/rn

50.5

kglm

51.2

180 x

-

60 t; OL 37)

HEM I{O

180

kg/m

63.2

tr

@ 120

kgm

89

k/m

100

79 kg/m

oceeo$istobilitote lo flomboj/ consum diferif de motenor

BARE INCOVOIATE PROFILE CU ACEEA$I RIGIDITATE

O

160

mm

/ CONSUM DIFERIT DE MATERIAL

E l40x 140 HEM t40 HEt] t80

lI)tr l?n

HEA

2OO

@ W rere T -*i,* kg/m

158

l5a

kg/m

63

kg/m 5l kg/m

PROFILE CU ACEI.A$ICONSUM DE MATERIAL

42 kg/m

/ RIGIDITATI

l80x l80x l0

36

@ lx

mm

D

90 x

%

l,l

x

90

HEM t40

HEB

T

J

f

>-r

6.7 x

2OO

HEA

53 kg/m

DIFERITE

IPE 100

k/m

4OO

250x250x6,1

260

fl

ll.6

x

47.0 x

Consecin!5 practic5: in condiliieconomice, elementele incovoiate trebuie se fie cit maiinalte (cca 1115 - il2A din deschidere).

coNSTRUCTil prN OTEL

STILPII: VARIANTE DE ALCATUIRE St?lpii sunt caracterizatiin principal de solicitarea la compresiune; ei sunt proiectali gi verificali

acordind atentie riscului de flambaj. Ca atare este oportund alegerea unor secliuni transversale care, pentru aceeagi cantitate (arie) de material, se il distribuie cit mai departe de centrul geometric al secliunii.

Stilpii pot fi obtinuti dintr-un unic profil laminat I (a) sau H (b - acolo unde existd astfel de laminate), din teavd cu secliune circulard (c) sau rectangulard (d), sau din asocierea mai multor profile gi/sau table pentru a forma secliuni compuse (e, f, g, h). Utilizarea stilpilor cu sectiuni compuse se poate dovedi judicioasi in legiturd cu exigenle privind trasee verticale de instalatii. Alegerea tipului de stilp are la baz5 considerente de ordin static (arie necesard in raport cu incirc6rile, stabilitate la flambaj), precum gi exigenle legate de execulie, respectiv facilitatea realizdrii imbinirii cu grinzile gi contravintuirile.

25

MNSTRUCTIIDIN OTEL

GRINZTLE: VARIANTE DE ALCATUIRE

tr

GRINZI CU INIMA PLINA

Grinzile sunt caracterizate de solicitarea compusi din incovoiere + forfecare; forma cea mai rationald a secliunii este cea in I. Se folosesc profile laminate I {a) sau H (b - acolo unde existd astfel de laminate), eventual ranforsate cu platbande sudate (c). Din profile I pot fi oblinute grinzi cu inAltime majorati prin decuparea 9i sudarea decahte a inimii (d - grinzi 'expandate'). Pentru grinzi de bordaj sau de plangeu se folosesc Ai profile U, cite unul (e) sau cite doud cuplate (f), eventual ranforsate cu platbande (g). Atuncicind nu se gesegte un profil adecvat, se poate recurge la secliunicompuse din laminate sudate (h, i, D care, in cazul unei inAltimi mari, trebuie si aib6 inima rigidizate cu nervurice ?mpiedicd'voalarea',

#te?g

26

CONSTRUCTII DIN OTEL

GRINZILE: VARIANTE DE ALCATUIRE

o

GRtNZt RETTCULARE (sau tN ZABRELE) Greutatea grinzilor cu inima plind poate ajunge destul de mare atunci cind, din motive de rezistenld sau rigiditate, grinda trebuie si aibi o indltime considerabilS. In acest caz este prefereabili utilizarea de grinzi reticulare sau 'in zdbrele'.

Grinda reticulard (a, b) este constituiti in esentd din doui 'tilpi', una superioari gi alta inferioari, asociate prin bare de inimd - 'montanli' gi/sau 'diagonale' - in dreptul 'nodurilot'. lmbindrile pot fi realizate cu suduri, nituri sau buloane. Tdlpile gi barele de inimi sunt realizate de cele mai multe ori din profile laminate (L, U - de reguli duble, pentru a obiine sectiuni transversale cu cel putin o axd de simetrie) asamblate prin diverse modalititi. Nodurile sunt Tn general realizate cu ajutorul unor'gusee' (c - i). Tdlpile gi barele de iniml pot fi realizate gi din [evi, cu secliune circulard sau rectangular5, imbinate direct, prin suduri fi). Nod fdrd guseu; imbinare directe,

27

CONSTRUCTII DIN OTEL

Din punct de vedere al comportirii, se poate considera cd tdlpilor le revine sarcina preluirii incovoierii, in timp ce barele de inimd preiau forfecarea. Grinzile pot avea tdlpi paralele sau talpa superioard poate fi inclinatd; barele de inimd pot fi dispuse in diverse moduri, rezultind diverse scheme statice ft - q). In cazul schemeiin V (k), barele de inimd au toate aceeagi lungime, dar, pentru o anumitd situatie de incircare, unele rezultl intinse gi altele comprimate. In cazul schemei in N (l), pentru incErciri gravitationale

diagonalele (barele inclinate) sunt intinse iar montantii (barele verticale) sunt comprimate: lungimea mai micd a elementelor comprimate este favorabil5 pentru asigurarea stabilititii (prevenirea flambajului). Schema (m), cu diagonale in cruce, este folositd frecvent in structurile de contravintuire (la ?nc5rcdri orizontale, diagonalele sunt alternativ intinse gi comprimate). Dacd talpa superioari este inclinatS, structura reticulari este Fermele sunt folosite pentru realizarea acoperigelor (n - q).

in

general denumit5 fermd.

Fermd tip englezesc

n

k

Fermd tip Polenceau

o

Fermd tip Mohni6

p

m

Fermd in shed

q

Alegerea unui anumit tip de schemd gi a modalititilor de realizare depinde de cerintele functionale $i statice ce trebuie ?ndeplinite. Schemele [n - q] sunt indicate pentru acoperige cu planuriinclinate, in timp ce schemele [k - m] pot fifolosite nu numai pentru acoperige (plate) ci gi pentru alte structuri: pasarele pietonale, poduri, etc. Din punct de vedere al exigentelor de ordin static, tjpurite [a - b] gi [] sunt adecvate pentru grinzi reticulare ugoare; celelalte tipuri [k ql sunt potrivite pentru lucrdri mai ample. Prezenla guseelor in alcdtuirea nodurilor (c - i), chiar dacd nu este necesari in cazul unor telpi cu inimi inalte 9i putin solicitate, este totugi oportund din motive constructive.

CONSTRUCTIIDIN OTEL

Oricare ar fitipul adoptat, trebuie respectate urmdtoarele CRITERII generalvalabile:

ce

intervin intr-un nod trebuie sd fie concurente intr-un unic punct; acest punct constituie articulaliastructurii reticulare de referintd; mai mult, imbinirile trebuie astfel dimensionate incit centrul de greutate al suprafetelor rezistente (buloane, nituri, suduri) sd se gdseascd pe axa centrului de greutate al profilului imbinat.

secliune S-S I

TN +Hw +-d-1'

fi tl

flIl

7,F

cordoane de sudurd de colt 5x5

Lungimea lolala a cordoanelor de sudurd, rezultald necesare din calcule, I trebuie reparlizaldin 2 cordoane astfel incit centrul de greutate al secliunii I rezislenle (sudura) sd cad5 pe axa centrului de greutate al cornierului.

dispuse ?n dreptul nodurilor, corespunzdtor punctului de intersectie a axelor profilelor

w .4\ sectiunea transversalS este de regul5 simetrici fatd de un ax vertical; ca atare, pentru tehi diagonale gi montanli, se preferd fie profile simetrice [f , l), fie profile duble (2 U,2 LJ.

l* I:fr-

Nit' lv

tlI ltr

t r'-l-';f

iw #Ofcm

101

'L

-

l\s"=o'so I

i'+ + '10

,lw -'ft 0f

cn

29

CONSTRUCTII DIN OTEL

PANELE Panele sunt grinzi secundare care transmit incircdrile din invelitoare cdtre fermele de acoperig; se realizeazi de reguld din profile I sau U. DaeF-grofilele sunt fixate cu axa principald perpendiculard pe talpa tnclinatd a fermei, ele sunt solicitdte la o incovoiere deviatd in raport cu direclia normalS, cu o influentd semnificativd daci panta acoperigului este mai mare de 100; aceastd solicitare particulari face necesari o supradimensionare a profilului (este necesar un profil mai inalt decit in cazul unei grinzi orizontale pe aceeagi deschidere).

Ca atare, in cazul unor deschideri importante, este oportuni adoptarea unor mdsuri menite sd reducd influenta inclinatiei acoperigului, gi anume:

-

montarea panelor cu axa principal5 verticalS, astfel incit sd nu existe incovoiere deviatd cel pulin pentru incdrcirile verticale, de reguld cele maisemnificative; aceasti solutie complicd

insd mult problema imbiniriidintre pani gitalpa superioarh a ferme; sau

-

reducerea deschiderii panelor prin legarea lor cu tiranti dispugi in planul invelitorii; reprezinti solutia cea mai simpli; tiranlii, realizali din bare filetate la capete gi fixate la jumdtatea indltimii panelor, formeazd astfel reazeme intermediare care subimpart deschiderea de calcul a panelor: in treipdrlisau, la deschideri mai mici, in doui pirli.

otT

o.

*l f

l

I

ffi2ffi SCHEMA STATICA A FERMEI

DETAUU COAMA tiranti

$

t2ffit PLAN STRUCTURA ACOPERT$

L::JI

b

+-+__

-=Jh*r

ft'ti,anlioin 1I filetate bare

la capete,

DETA,LII DE F1XARE A PANELOR PE FERME Pand din prolil U; b) Pand din profit I. Prindericu buloane gicomiere de mintaj.

a)

fixate la jumetatea indl!imii panelor DETALTU DE FTXARE A nRANT|LOR (v. plan structurd acoperig)

30

CONSTRUCTII DIN OTEL

NODURI INTRE ELEMENTE STRUCTURALE lmbindrile (nodurile) intre elementele structurale (stipli, grinzi, fundalii) trebuie concepute in raport cu doud categoriide exigenle:

. .

exigente de ordin static, privind corecta transmitere a solicitarilor; exigente de executie, privind facilitatea montajului.

u NoDuRt cRtNzt - sflr-pr Din punct de vedere static, existd dou5 tipuri fundamentale: noduri de tip articulalie (capabile transmiti de la grind5 la st?lp numai forfecarea) gi noduri de tip incastrare (sau noduri

si

rigide, capabile

si

transmitd stilpului gi forfecarea, gi incovoierea); cele doui moduri de

comportare sunt conditionate de modul de realizare a nodului gi influenleazi schema statici de ansamblu, deci alegerea unui anumit tip de structur5 a clddirii.

tr

NODURI ARTICULATE - exempte

Asambl5ri realizate prin bulonare.

z--

sEcTruNl VERTICALE

,J

SECTIUNI ORIZONTALE

GRINDA ASAMBLATA

pe INI[,R

GRINDA ASAMBLATA PE INIMA

srilpul-ur

sritpur-ur

31

CONSTRUCTIIDIN OTEL

tr

NODURI RIGIDE - exemple

Asamblare realizatd cu buloane + suduri (a, b, c), numai cu suduri (d, g) sau numaicu buloane. Stilp continuu gi grinda ?ntreruptd (9, i); grindi continui gi stilp ?ntrerupt (h); stilp gi grindi continue (1, m). AsamblAricu flange (i, j, k).

o

q,

CONSTRUCTII DIN OTEL

ln alcdtuirea nodului rigid (capabil sd transmitd stilpului incovoierea din grindi) este util a tine cont de urmitoarele CRITERII:

.

este oportund dispunerea majoritdtii buloanelor in vecinitatea telpii ?ntinse a grinzii, simetric, sub gideasupra t6lpii;

in rinduri de cite dou5; buloanele din zona tilpii intinse trebuie dispuse

. .

trebuie prevezute coaste orizontale, de regul5 av?nd grosime egalS cu cea a tdlpilor grinzii gi pozilionate la aceeagi coti cu acestea, pentru a impiedica deformarea tdlpii st?lpului pe care se prinde grinda;

in unele situalii, cind panoul delimitat in cadrul inimii stilpului de coastele orizontale sus-mentionate nu poate prelua incovoierea transmisd de grindi, este necesard prevederea unor coaste diagonale de rigidizare a respectivului panou.

II

NODURI INTRE GRINZI Se referd la imbindrile dintre grinzi secundare gi principale, gi trebuie si respecte aceleagi categorii de exigente, de ordin static Ai de montaj, ca gi in cazul anterior. $i imbindrile intre grinzi pot fi capabile sE transmitd numai forfecarea (noduri articulate) sau forfecarea + incovoierea (noduri rigide, de tip incastrare). Nodul de tip articulatie transmite forfecarea de la inima grinzii secundare cdtre inima grinzii principale.

tr

NODURI ARTICULATE - exemple

33

CONSTRUCTII DIN OTEL

Posibilititi de asamblare

tletaliu de nod afiiculat. Asamblare cu doud corniere + buloane.

o

NODURI RIGIDE - exemple

-4-I' t3

c

Detaliu de nod rigid. Asamblare cu buloane.

grindd principalE

grindd secundar6

CONSTRUCTII DIN OTEL

tr NODURT STILP - FUNDATTE Stilpii din olel sunt in general fixati ta bazd pe fundatiidin beton.

Exigenla de a reduce eforturile de la valori acceptabile pentru otel (de ordinul a 15-20 kg/mm') la valori acceptabile pentru beton (de

ordinul

a1

kg/mmJ, face indispensabild

interpunerea unei plicide distribulie (placi de rezemare sau de ancorare).

O

exigenld particulara

in ceea ce privegte

ancorajele otel - beton, decurge din diferenla de ordin de mdrime a toleranlelor acceptate in

cele doud sectoare de constructii, respectiv fundalii gi structuri metalice. Problemele pot fi rezolvate cu un sistem de placd dubld (sau

placd gi contraplacd): una dintre pldci este ancoratd in fundatie, cea de-a doua este asociate bazei stilpului.

Eventualele (probabilele) Jocuri' excesive din punct de vedere al structurii din olel sunt compensate prin modulde realizare a legdturii

contraplace

in plan orizontal, ci gi pe verticalS, inclusiv inclinalia. dintre cele doud pl6ci, nu numai

buloane de ancorare

bare de ancorare

coNSTRUCTil DtN OTEL

Din punct de vedere static, ancorarea stilpului la bazd este conceputi in raport cu solicitirile pe care trebuie se le transmiti fundatiei; pot fi astfeldiferenliate doui categorii majore de ancoraje: articulalii giincastriri, cu implicatii asupra schemei statice de ansamblu.

tr

ARTICULATII

ln acest caz se

consideri

cd stllpul

transmite fundaliilor numai incdrcdri verticale

(compresiune).

Modulcel mai simplu de ralizare este cel care conste in a suda labaza stilpului o placd din olel prevdzutd cu doui (sau patru) gduri; aceastd placi este asociati la fundalii prin intermediul a doud (sau patru) buloane cu tija specialconformatd pentru ancorare (v. imaginile de maisus). DacS st?lpul transmile fundaliilor numai o fo45 normald de compresiune, tijele de ancorare ar putea fi considerate inutile: ?n realitate ele sunt indispensabile atit pentru o mai bund legdturd

stilp'fundalie, cit gi pentru facilitarea pozilionirii stilpului

in taza de montaj. In acesr caz,

dimensionarea tijelor de ancorare poate fi fdcuti in manieri empiricd (prin aproximarea eforturilor de forfecare functie de incircarea verticald). Dimensionarea suprafetei plicii se face in aga fel?ncit aceasta sd poati asigura o repartilie cit mai uniformd a presiunii de contact pe betonul fundaliei; in acest scop placa trebuie si fie suficient de rigidd gi uneorieste necesard prevederea unor nervuride rigidizare. Grosimea minimd a plicii este determinati din considerente de rezistenle, respectiv in aga fel incit valorile eforturilor rezultate din incdrcdri sd nu depigeasci rezistenla admisibild; orice supliment de grosime a pl5cii este in avantajul rigiditdliisate.

O legiturd de acest tip este simplu de realizat, dar este, evident, departe de a fi o articulalie ideal6; se considerd totugi acceptabili (intrucit eforturile din incovoiere care pot aparea sunt neglijabile) gi reprezintd solutia cel maifrecvent folositi. In cazuriparticulare, se poate recurge la dispozitive care reproduc mai bine articulalia ideald.

U

..:.

tr

w

/-1'' p"7 l-v

TNCASTRARI

ln acest caz stilpul transmite fundaliilor o forld normali de compresiune gi un moment de risturnare (Tncovoiere). Funclie de raportul dintre cele doud ccomponente, la nivelul plicii de rezemare pot apirea, ?n afara eforturilor de compresiune, eforturi de intindere (tracliune) care tind sd desprindi placa de blocul de beton; aceste eforturi de tracliune trebuie si poatd fi preluate de tijele de ancorare precum gi de partea din suprafala de contact a plicii pe beton care rezultd comprimatS. Ca atare este necesari o dimensionare atente a tfielor de ancorare gi a suprafetei pldcii de rezemare; grosimea minimd a pldcii se stabilegte din considerente de rezistenti (analog cazului stilpului comprimat centric) gi, dupi cum s-a mai aratat, este oportund rigidizarea sa suplimentar5, inclusiv cu nervuri.

sectiune de rezistente

36

CONSTRUCTII DIN OTEL

In ceea ce privegte ancorarea tijelor, daci eforturile de tracliune (?ntindere) nu sunt foarte importante, este suficientd aderenta intre suprafala tijei (dimensionat5 corespunz5tor) gibeton.

:0

o

(! )E

o 'c o

E (l)

6 E

In situalii de importanle majore, cind nu se pCIate conta numai pe aderenla dintre tfia de ancorare gi beton, eforturile din tiji sunt transmise masei de beton prin intermediul unor dispozitive speciale: ancoraje cu profile din otel inglobate in beton (a, b) sau cu tuburi ondulate (c) care, mdrind suprafala de contact, cresc valoarea eforturilor transmisibile.

c

37

coNSTRUCTil DtN OTEL

coNcEPTrA DE ANSAMBLU A STRUCTURTI Alegerea structurii portante influenleazi considerabil conceptia globald a unei clidiri. Structura majord a cl6dirii nu va putea fi deci valabil determinat6 decit simultan cu definirea poziliei fatadei, a compartimenteribr, a nodurilor de circulatie gi a instalatiilor, in raport cu elementele portante. Astfel, trameistructurale - definiti prin deschiderile gi pozitiile stilpilor - i se va integra

sau suprapune

o tramd secundari determinind pozitiile elementelor de inchidere, de

compartimentare, a tavanelor suspendate gi a spatiilor necesare pentru trecerea instalafiilor. De alegerea judicioasi a acestei trame secundare va depinde nu numai aspectul arhitectural, ci gi executia ralionalS gi economici a construcliei. Structurile clSdirilor au in general mai multe nivele (cu exceplia halelor) iar grinzile vor trebui si suporte incircirile plicilor, pe care le transmit elementelor portante verticale; acestea, la rindul lor, transmit in mod cumulat incdrcdrile cdtre fundatii. Din punct de vedere al modului de preluare a fo{elor orizontale (vint, seism) se pot distinge doud mari categorii de constructii cu structurd metalicd:

tr

Constructiicu cadre rigide; Construclii cu cadre articulate, asociate unor sisteme specializate de 'contravintuire'. CONSTRUCTII CU CADRE RlclDE

Sunt constructii la care nodurile dintre stilpi gi grinzi sunt rigide, putind prelua incovoierea gi transmite astfel de la grindd cdtre stilp solicitdrile apdrute din actiuni orizontale; practic toate elementele portante, orizontale gi verticale, participi deopotrivi la preluarea eforturilor din incdrcdri verticale 9i orizontale. Construcliile cu noduri rigide reprezintd un tip de structurd folosit frecvent in SUA gi care permite realizarea unor clidiri-turn foarte zvelte, fdri contravintuiri. Absenta contravintuirilor constituie un avantaj de ordin arhitectural; in schimb nodurile sunt relativ 'incomode' intrucit includ de multe ori o serie de piese suplimentare de rigidizare; ?n acest caz este convenabild prelungirea stilpilor metalici in subsol pentru ca nodul voluminos sE nu incomodeze rezolvarea pardoselii parterului.

tr

CONSTRUCTII CU CADRE ARTICULATE

Structurile din otel au particularitatea de a fi structuri 'montate', respectiv realizate prin asamblarea in gantier a unor elernente produse in prealabil in altd parte decit locul de execulie a clddirii. De reguli se urmdregte ca operatiunile de asamblare sd fie cit mai simple, atit din motive economice, cit gi din motive tehnologice; conditiile normale de lucru in gantier fac si fie costisitoare gi nu intotdeauna sigure ca efect, procedee ce tind sd realizeze noduri complicate menite si refacd in operi continuitatea unor elemente produse separat (noduri rigide). Pe de

alti

parte, nodurile simple, ce pot fi realizate in mod convenabil Tn gantier, fac ca structura in ansamblul siu si fie pufin stabild: in situalia - ideali din punct de vedere al execuliei - in care toate imbinerile ar fi de tip articulatie, constructia ar rezulta de-a dreptul instabild. Pentru a nu renunla la avantajele simplitdliiconstructive a nodurilor de tip afiiculalie gi a asigura totugistabilitatea de ansamblu a constructiei, se practici utilizarea unor elemente cu functiune specificd de'contravintuire', menite s5 impiedice deplasirile relative intre noduri gi deformatiile excesive. In raport cu rolul particular indeplinit, aceste contravintuiri se impart in doui categorii: contravintuiri verticale gi contravintuiri orizontale. Contravintuirile verticale au rolul de a prelua forfele orizontale, datorate v?ntului sau cutremurelor, gi de a le transfera la nivelul fundatiilor. In acest mod, celelalte elemente portante din otel (grinzi gi stilpi) trebuie si suporte doar incdrcirile verticale, iar imbindrile dintre ele pot

38

coNSTRUCTil DrN OTEL

avea simplitatea dorite. Contravintuirile verticale pot fi realizate in diverse moduri:

.

Cu elemente rigide plane (diafragme):

'

pereti din b.a. (sau eventual din ziddrie, la constructii mici); panouricu structuri reticulari din ofel.

In plan sunt necesare cel putin trei contravintuiri, in plane neconcurente, dintre care doui pot fiparalele gi altreilea perpendicular pe primele dou5. Cu elemente rigide spatiale, numite 'tuburi', ce grupeazd de reguld circulatiile verticale (scdri, ascensoare); acestea pot fi: - tuburidin b.a. (eventualdin ziddrie, la constructii mici);

-

tuburicu structurd reticulari din otel. Este de remarcat faptul cd in cazul altor tipuri de structuri (din beton armat, din zid5rie) nu este necesari prevederea unor elemente cu functir.rne specifici de contravintuire, aceasti functiune putind fi indeplinitd de insigi elementele portante (cadre, pereti), rigide prin natura lor; Tn schimb probleme similare apar in cadrulconstructiilor cu schelet din lemn. Pentru ca elementele de contravintuire sd nu devind'un rdu necesar' cu efecte perturbatoare asupra compozitiei arhitecturale, alegerea sistemului trebuie fdcuti incd de la inceputul studiului structurii clddirii.

Zdbrelele din otel, cu geometrii diverse (in X, K, A, etc) avind ca regulS comuni crearea de triangulalii nedeformabile, reprezinte elementul de contravintuire cel maifrecvent utilizat; pot fi integrate iatadelor (v. IBM - Pittsburg, World Trade Center - New York, etc), ceea ce face indispensabil studiul integrat, incd de la inceputul conceptiei clSdirii, al problemelor structurale, estetice, de izolare termicd gifonicd.

Contravintuirile orizontale au rolul de a limita deformatiile structurii metalice gi de a permite transmiterea fortelor orizontale cdtre contravintuirile verticale. Sunt structuri rigide plane (diafragme sau'gaibe' orizontale) gi pot fi realizate din: - dale de b.a. sau dale cu elemente ceramice 9i b.a. (reproducind astfel ceea ce exist5 de la sine in structurile de b.a. 9i ziddrie); - structuri reticulare orizontale (sau inclinate, in cazul acoperigelor cu pante) din otel, in general cu elemente dispuse in cruce; de regul6, in cazul plangeelor, aceste structuri reticulare au ca 't5lpi' gi 'montanti' grinzile principale gi, respectiv, cele secundare; ?n cazul acoperigelor inclinate, 't5lpile' gi 'montanlii' sunt constituiti de pane gi, respectiv, tilpile superioare ale fermelor.

DTVERSE MODALITAT! DE PRELUARE A FORTELOR ORTZONTALE

llustrare schematice a comportamentului unor diverse tipuri de structuri metalice: a) Cu pereti rigizidin b.a.; b) Cu contravintuiri reticulare; c) Cu noduri rigide. (Pentru simplificare, reprezentarea ia in considerare o unicd directie de acliune a fo4ei orizontale, inlr-un singur plan)

39

MNSTRUCTIIDIN OTEL

CADRE RIGIDE NODURI RIGIDE intre elementele structurale principale: transmiterea eloilurilor din elementele orizontale cdtre cele verticale se face prin Tncovoiere.Toate elementele (orizontale $i verticale) participd la preluarea incdrcdrilor verticale gi orizontale (vint, seisrn). Sunt structuri relativ scumpe (cu cca'1'5 - 20 % mai scumpe ca cele cu contravintuiri), dar cu o comportare mai bund in caz de seism.

VARIANTA CU STILPI CONTINUI

VARIANTA CU GRINZI CONTINUI

CADRE ARTICULATE ASOCIATE CU UN TUB DE B.A. Tubul de b.a. preia incircdrile orizontale. DouE variante fundie de modul de execulie: [aJ Tub de b.a. tumat inaintea monterii scheletului metalic. Solulie economich, in special folosirii de cofraje glisante.

in

conditiile

[b] Tub de b.a. tumat dupi montarea scheletului metalic. Permite inchiderea rapidii a clSdirii (montarea faladelor simultan cu tumarea tubului). Necesitd contravintuiri provizorii,

+ Y

lt il il -ll---rLr-

[a1] Solulie cu goluride montaj ldsate la tumare

[a2] Solutie cu pldcule de ancorare inglobate la tumare + reazeme sudate

tl ntl ll

- r

CONSTRUCTII DIN OTEL

CADRE ARTICULATE + CONTRAVINTUIRI RETICULARE FoRME oe conrneviNTutRl

VAFIANTA CU STILPI CONTINUI convenabild pentru deschideri mlci

[]

:-'VARIANTA CU GRINZ DUBLE

VARIANTA CU GRINZI CONT]NUI convenabild pentru deschideri peste 8 m

coNSTRUCTil DrN OTEL

CONTRAVINTUIRE CU TUBURI DIN BETON ARMAT

Schema statice bngitudinali in dreptul tuburilor

Schema statici transversali 42

coNSTRUCTil DrN OTEL

coNTRAv1NTUTRE vERTtcALA RETIcULARA

cu enne ilN oTEL

Schemd de dispunere a contravintuirilor verticale

Schemi statici longitudinali (pentru

1/z

din sectiune)

.moolem!

Schemd

43

statici transversald

coNSTRUCTil DrN OTEL

ScHEMA DE FUNcTIoNARE A coNTnAvirwurRrloR Dispunerea barelor ?n cruce face posibild utilizarea unor profile cu secliuni foarte mici: oricare ar fi directia forfei orizontale, una din diagonale rezult6 intinsi; capacitatea portanti a rigidizdrii este data de rezistentala intindere, care constituie criteriul de dimensionare a barelor. ContraVintuiri orizontale

Contravintu i ri verticale

SCHEMA DE DISPUNERE A CONTRAvINTUIRILoR LA

o sTRucTuRA

DE AcoPERIRE

conlravintuiri

in planul invelitorii

contravintuiri verticale

44

coNSTRUCTil DtN OTEL

DETALII DEIMBINARE

tA

CONTRAVINTUIRILE VERTICALE - CXEMPIE

lmbinare intre bare de conlravintuire gi stilp (a, b); imbinare intre barc in cruce (c, d); imbinare intre stilp, grindi gi bard de contraviniuire {e)

d DETALII DE IMBINARE LA CONTRAV1NTUIRTLE ORIZONTALE - CXEMPIC lmbinare inlre grinde principatd, grindd secundard gi bard de contravintuire (a); imbinare intre stilp, grinzi gi bard de conlrav?ntuire (b); imbinare intre bare de contravintuire 9i grinda (c); imbinare intre grinde principald, g-rindd secundard 9i bard de contravintuire (d).

+c

CONSTRUCTII DIN OTEL

SGHEME STRUCTURALE

ill

1-i

,,,\

.,-a\''

fl

nlI I Ei FJ"l.r ' I

i ls' la-l! i i*'iidl i I

l: ll?!l

I

ril'r

:

h.i."t

l'4'

ll t]{

ti,tl

r!t!

|

I--i_.1

Ilr\

A

F&l

I

il'

.i

li

Atlr,lN

id} '=;i+#,€11'\*$" \Yr[1] SCHELET ARTTCULAT CU STILPI CONTINUI; PLAN$EE STMPLU REZEMATE.

rir r ill |Ll_lil"

iiirilirliIill

"luiriiIliIl

il fil

lt Jl-'Lll I I lSTl "-=l;;iii;it-* ;-(|;iF--+lll qj=.'1b:--+hr-j=j F+L-.J

I

*:t:l]:l-"

li [-

,li t_l]

t,r.ij

l-Il L_t_]

[2]SCHELET AFITICULAT CU GRINZI CONTINUI; PLAN$EE SIMPLU REZEMATE.

ffiffi $i rulf [3]

SCHELET ART'TCULAT

CU

STTLPT

9r

tor

GR|NZT

CONTINUI I STILPI DUBLI; PLAN$EE SIMPLU

,ar,rrrr AR'cuLA, ?, ,r,.pr sr cRrNZr / GRINZI DUBLE; PLAN$EE SIMPLU

CONTINUI

REZEMATE.

REZEMATE.

11 ' 4l Secliunile gi sdgelile grinzilor rezuhi mai mari decit ?n cazul nodurilor rigide (cu rezemare prin incastrare). Sediunile stilpilor sunt mai mici decit cele necesare in cazul imbindrilor cu incastrare" Atunci cind rapoftul UH este mic (L = deschiderea grinzilor 9i l-l = indllimea de etaj), scheletele articulate rezufta mai ugoare decit cele cu noduri rigide. Variantele [2], t3l Si t+j cu grinzi continui sunt mai economice decit

varianta [1]. Avantaje: montaj simplu; calcul

de

stabilitate

a

stilpilor simplu (static determinali). de etaj; ca atare

Dezavantaje: profilele grinzilor cu indltime mai mare determind indtlimi mai mari incdrcarea totald a construcliei devine mai mare.

46

SCHEME STRUCTURALE

tuta"*=aff

RtGtD PLAN, CU

Snlpt $t cBtNZt

CONTINUI; PLAN$EE StMpLU REZEMATE.

ill lil rl lli ill ril ltl ill lrl [6] SCHELET RIGID TRIDIMENSIONAL, CU STILPI,

GRINZT $r

PLAN$EE

CONTTNUT.

t5 - 6l lmbinirile intre grinzi gi stilpi sunt rigide (incastrdri); stilpii sunt incastrali in fundalii. Ansamblul sistemului rezultd multiplu static nedeterminat, ca aiare calculele de stabilitate sunt complicate. Atunci cind rapoftul UH este mare (L = deschiderea grinzilor gi H - inellimea de etaj), scheletele rigide rezultd mai ugoare decit cele adiculate. Sectiunea grinzilor e mai micd decit in cazul scheletelor afticulate, deci inillimea de etal 9i incdrcirile totale rezultd mai mici. Varianta [6] este mai econornicd decit varianta [5]; implicd insd calcule foarte cornplicate.

47

CONSTRUCTIIDIN OTEL

PLAN$EE PLAN$EE CERAMICE

PLAN$EE CU NERVURT DtN BETON ARMAT PRECOMPR|MAT r-

belon monolit

PLAN$EU CU PREDALA gt SUPRABETONARE

placa metalice de suslinere penlru faza de monta.i

48

,

OONSTRUQTII DIN OTEL

PLAN9EE

cu PLAcA oe BEToN AHMAT

Profilul de otel al grinzii poate fi complet inglobat in beton, sau poate iegi Tn afara pir[ii inferioare a plScii; conlucrarea dintre placa de b.a. 9i grinda metalici se realizeazd prin prevederea unor legituri cu gujoane metalice care sd impiedice lunecarea reciproci ?ntre cele doud elemente. Placd turnatd in situ

Plac6 prefabricatd

Rezemare

PLAN$EE CU TABLA

?n

cimpul plicii

Rost intre prefabricate

CUrnrA

Sunt constituite din tabld de olel cu grosimi de 0.5 - 1.5 mm, formati la rece, gi o dald de beton turnatd peste tabld;funclie de deschidere, tabla cutatd reazemd fie direct pe grinzile principale, fie pe grinzi secundare (v. schema de maijos). Tabla este zincate, ceea ce ii asigurd o proteclie suficientd in condilii de umiditate normald.

Pentru forme, inillimi, lungimi, accesorii, finisaje, precum gi deschideri admise, trebuie de reguli consultate documentalia producitorului.

sensul cutelor tablei principale

ScHEMA plANgEU

SORTIMENTE DE TABLA CUTATA

49

cu rABLA

cunrA

CONSTRUCTII DIN OTEL

FLAN$EE CU TABLA CUTATA eutarea cregte rigiditatea tablei gi deschiderea pe care o poate acoperi; tabla cutatd servegte ca platformd de lucru in timpul executiei gi drept eofraj pentru turnarea betonului. Panourile de table sunt fixate de grinzile suport prin puncte de sudurd pdtrunse prin table.

Panourile *Gomier

continuu Dentru

rczemar ea margi nii tablei, ancoral cu buloane in perete Grindd principald sau secundard

se imbind

Tntre ele de-a lungul

rHarginilor, eu guruburi sau suduri.

sd serveascfi drept diafragmd (rigidizare) orizontal5, perimetrul DacE placa trebuie

tableiirebuie sudat de reazemele din

o1el.

Existd 3 variante:

A. H {cm}

DESCHIDERI (m)

1.4

0.45 - 0.90 0.90 - 1.50 1.50 - 3:60

2.5 5.0

Flaci de b.a. eu c'o{raj pierdut din tabli

Tabla cutatS servegte drept cofraj pierdut pentru o placi de b.a.; inaintea turnErii betonului, se disFuHe peste tabld o relea de bare sudate; tabla cutat6 susline betonul pfn5 c?nd acesta se f ntdregte gi dobf ndegte capacitate portanta.

B. Flaci mixti olel - beton Tabla eutate servegte ea arrngtur5 (eaBabil5 se preia intinderile) a pldcii de beton; aderenla H

DESCHIDERI

{cm) 4 5

lm) 1.20 - 2.40 2.40 - 3.60 2.40 - 4.50

t-5

fntre tablt gi beton trebuie asiguratfi mecanic (striuri in tabl6, gujoane). Conlucrarea cu grinzile metalice se reallzsaze cu gujoane cle olelsudate prin tabl6 de profilulgrinzii.

e.

Flaci alveolari

Sunt plSci foarte ugoare, relativ scumpe, ce pot

H

(cm) 4 5

T5

DESCHIDERI (m) 1.80 - 3.60 1.80 - 3.60 3.00 - 5.00

NOTA: Dimensiunile date au caracter orientativ; valorile exacte se oblin din document4ia produc{toru,ui.

aeoBeri desehideri ping la 4.50 rTt. Rielie5 probleme fn cazul unor inc6rc5ri concentrate peste 300 kg. Se realizeazd prin sudarea unei table cutate de una planit, sau a doufl table eutate ?Rtre ele. sBaliul ereat Boate fifolosit €a traseu peniru cablurielectrice gi de comunicalii; in anumite cazuri alveolele pot fi folosite drept canale de ventilatie. NecesitS de regulS un plafon susBenclat absorbaff fonie.

MNSTRUCTIIDIN OTEL

Plangee cu table cutati pentru acoperige: In cazul plangeelor de acoperig, betonul poate fi suprimat gi izolalia termicd agezatS direct pe tabla cutatS, rezult?nd o alcdtuire foarte ugoard dar cu slabd iner[ie termici gi izolare acustici. In general necesiti contravintuire orizontal5 complementarE.

Alegerea grinzilor secundare esie dictatd pe de o parte de considerente de ordin static (deschideri, incdrciri, sdgeati admisibili) gi, pe de altd parte, de exigente privind traseele instalatiilor gi finisajele (grinzi aparente sau tavan suspendat). Pot fi realizate din:

. . .

tr

profile laminate profile de tabld subtire

grinziin zlbrele

GRINZI DIN PROFILE LAMINATE

- Profile eu inillimea minimi Grinzi H (profil unic sau compus din table groase sudate)

Posibilititi limitate de realizare a unor strdpungeri prin 'inimd' (max hl3). Existenla unor trasee orizontale de instalalii presupune de reguld prevederea unui spatiu sub grinzi, mascat de un tavan suspendat. Deschideri recomandate: max 6 - 7 m.

- Prcfile inalte Grinzil (profil unic sau compus) Posibilitilide decupare a sistematicd a'inimii'cu goluri hexagonale sau circulare (max h/2), sau grinzi 'expandate'. Golurile ugureazi plangeul gi permit trecerea unor trasee de instalalii. Tavanul suspendat poate fi pozitionat la limita tdlpii inferioare, cu prevederea unor profile speciale (tabld zincati, lemn) pentru fixare. Deschideri recomandate: max g m la plangee curente de clddirietajate max 16 m la plangee de acoperig

o

GRTNZT DtN PROF|LE DE

TABLA SUBTTRE

Sunt profile deschise, obiinute prin formarea la rece a tablelor subtiri. Pot avea inima perforati, ceea ce reduce greutatea grinzilor gi permite trecerea cablurilor electrice gi a unor tevi de instalatiicu gabarit redus. Schema de plangeu este foarte asemenetoare plangeelor cu grinzide lemn. Plangeele rezultate sunt economice, ugoare, necombustibile giprotejate anticoroziv. Deschideri recomandate: max 6 - 7 m.

tr

GRTNZ|

ir{ ZAeneLe

Permit trecerea instalaliilor printre montanligi diagonale; sunt suficient de rigide dacd inillimea grinziiatinge 1/10 din deschidere; plangeele rezultate sunt ugoare gi economice. Deschideri recomandate: peste 10 m.

51

coNsrRucTil

DrN oTEL

PLAN$EE CU GRINZI SECUNDARE DIN PROFILE DE TABLA SUBTIHE Sugort d€ pardoseaE din table cuhta cu suprabetonare sau pleci pe baza de lemn

* tezemate

*

Golurile reduc greutatea grinzii 9i permit lrecerea unor tevi cu gabarit redus gi a cab!urilor electric€

pe grinde meialic5: - grinde principala - grinde de bordaj Suport de pardoseala: table cutata + suprabelonare.

rez€mare pe Perete:

- cu schelet metalic

- din beton sau zidarie

\

sau

oleci pe baze de l€mn Interax grinzi: 0.40 m, 0.60 m sau 1.20 m funclie de ?ncerciri 9i tipul d€ suport pentru pardoseale lmbinerile pot fi bulonate, ingurubate, sau sudate Rezemare: - min 4 cm la margine - min 8 cm la reazeme int€rmeo€re Plalbanda de legeture la 1.50 - 2.40 m functie de deschiderea grinzilor

q"""::K