Projektując konstrukcje stalowe bądź żelbetowe zapominamy, że mogą one wymagać otworowania. Otwory te zwykle wymagane są ze względu na konieczność poprowadzenia różnego rodzaju instalacji ale nie tylko. Niejednokrotnie duże otwory w belkach stalowych stosuje się w celu zmniejszenia ciężaru belki. Dziś pokażemy wam wytyczne otworowania środników belek stalowych i związane z tym zagrożenia.

Założenia vs realizacja

Zwykle projektując budynek powinniśmy zwrócić szczególna uwagę na projekty branżowe równego rodzaju instalacji. To niejednokrotnie one są główną przyczyną otworowania belek stalowych. Jak się jednak okazuje bardzo często kolizje instalacji z belkami stalowymi wykrywane są dopiero na etapie budowy,a nie projektu co rodzi dodatkowe problemy, z którymi trzeba się zmierzyć. Dziś postaramy się przedstawić kilka wytycznych z literatury zarówno polskiej jak i zagranicznej odnośnie tego właśnie zagadnienia.

Budowa to nie apteka

Bardzo często w swojej praktyce budowlanej spotykamy się ze stwierdzeniem „budowa to nie apteka, a na chleb trzeba zarobić”. Jak to się ma do naszego tematu? Otóż nie każdy otwór jaki napotkamy na swojej drodze będzie wymagał szczegółowych analiz. Większość otworów jakie przyjdzie wam analizować to otwory niewielkie. Dodatkowo często elementy konstrukcyjne projektowane są z pewnym zapasem nośności. W takich przypadkach dokładne obliczenia nośności belek stalowych z otworami mogą okazać się zbędne. W przypadku takiej sytuacji wystarczające jest aby lokalizacja otworu i jego wymiary nie przekraczały zalecanych. Zaraz na pewno może pojawić się pytanie: „Ale podana lokalizacja nie zgadza się z wytycznymi”. W takich sytuacjach najszybszą drogą do rozwiązania problemów może okazać się spotkanie z branżowcami i przedstawienie im preferowanych lokalizacji na umiejscowienia otworu i pozostawienie do ich decyzji wyboru jednej z nich. Jaką lokalizację należy więc wskazać?

Preferowane poziome lokalizacje otworów

Najlepsza lokalizacja otworu to miejsce, w którym zarówno siły ścinające jak i momenty zginające są jak najmniejsze. Dlaczego? Przekrój, który zwykle osłabiamy i, który powinien być osłabiany to środnik. Środnik natomiast jest elementem pracującym głównie na ścinanie, stąd jak widać umiejscowienie otworu tam gdzie występuje niewielkie ścinanie nie spowoduje spadku nośności lub spadek ten będzie niewielki. Półki natomiast nadal będą mogły być elementami w głównej mierze przenoszącymi zginanie.

Wymiary i lokalizacja pionowa otworów oraz odległości między sąsiednimi otworami

Tutaj chcielibyśmy się odnieść do dwóch źródeł wiedzy wymagających większych lub mniejszych nakładów pracy. Pierwsze z wytycznych opierają się zarówno na geometrii belki jak i właściwościach stali, drugie tylko i wyłącznie na geometrii.

Wytyczne – literatura polska

  • Lokalizacja otworu w centralnej części środnika tak aby uniknąć mimośrodów.
  • Wysokość otworu nie powinna przekraczać 60% wysokości belki.
  • Długość otworu nie powinna przekraczać 150% wysokości otworu.
  • Odległość między sąsiednimi otworami powinna wynosić minimum 150% długości dłuższego otworu.
  • Odległość krawędzi otworu od najbliższej lokalizacji siły skupionej nie powinna być mniejsza niż połowa wysokości elementu lub większa niż zasięg naprężeń wywołanych siłą skupioną, przy założeniu kąta rozkładu równego 45o.
Otwory w belkach stalowych

Wytyczne – literatura zagraniczna

  • Lokalizacja otworu w centralnej części środnika tak aby uniknąć mimośrodów.
  • W przypadku lokalizacji otworu w miejscu występowania dużej siły ścinającej oraz momentu zginającego zastosowanie dodatkowych wzmocnień.
  • Odległość otworu od podpory powinna wynosić minimum dwie wysokości belki lub 10% jej długości w zależności od tego, która wartość jest większa.
  • Odległość pomiędzy sąsiednimi otworami nie powinna być mniejsza niż wysokość belki.
  • Średnica otworu kołowego powinna być mniejsza niż połowy wysokości belki.
  • Wysokość otworu niewzmocnionego nie powinna przekraczać połowy wysokości belki, natomiast długość 150% wysokości belki.
  • Maksymalna wysokość otworu wzmocnionego to 60% wysokości belki, a jego maksymalna długość to 200% wysokości belki.
  • Narożniki otworów prostokątnych powinny zostać zaokrąglone w celu uniknięcia koncentracji naprężeń.
  • Lokalizacji otworu względem siły skupionej powinna wynosić minimum wysokość belki.
  • W przypadku zastosowania wzmocnienia spaw nie może powodować obniżenia nośności wzmocnienia.
  • Jeżeli powyższe zasady są przestrzegane, dodatkowe ugięcie związane z każdym otworem można przyjąć jako 3% ugięcia środkowej rozpiętości belki bez otworu.
Otwory w belkach stalowych

Nie zapominajmy tutaj, że w przypadku gdy nie chcemy przeprowadzać dokładnych obliczeń wymiary te są bardzo orientacyjne i dla bezpieczeństwa otwory na jakie powinniśmy się zgodzić powinny być znacznie mniejsze szczególnie w przypadku gdy zapas nośności jest niewielki. Ciężko tutaj niestety określić sytuacje kiedy możemy pozwolić sobie na uniknięcie dodatkowych obliczeń. Konieczna w tym przypadku jest praktyka budowlana i umiejętność oszacowania granicy bezpiecznej. Należy jednak pamiętać, że wymiary przedstawione powyżej powinny być również traktowane jako graniczne. Zbyt duże otwory w belkach mogą prowadzić do niekontrolowanych lub niepreferowanych form zniszczenia.

Otwory ze wzmocnieniem

W sytuacji gdy nośność przekroju osłabionego otworem nie jest wystarczająca, przekrój ten można odpowiednio wzmocnić zgodnie z wytycznymi przedstawionymi powyżej. Zwykle jako wzmocnienia stosuje się blachy przyspawane do środnika wzdłuż otworu mające na celu kompensację redukcji nośności na ścinanie.

Typowy schemat zniszczenia belki z otworami w środniku

Mając do czynienia z belkami, w których środnik belki jest gruby i niepodatny na wyboczenie w wyniku ścinania prawdopodobnym schematem zniszczenia jest utworzenie czterech przegubów plastycznych. Przeguby te tworzą się, w pobliżu czterech rogów otworów w środniku powyżej i poniżej otworu. Lokalizacja tych przegubów wynika z zachowania się belki jako dźwigara Virendeela.

Podsumowanie

Jak widać temat otworowania belek stalowych jest tematem dość obszernym. Mimo, że wytyczne z jakimi można się spotkać nieco od siebie odbiegają, znacząco ułatwiają wybór właściwego rozmiaru jak i lokalizacji otworu w belce stalowej. Wkrótce przedstawimy projektowanie szczegółowe belek z otworami zarówno wzmocnionymi jak i nie. Obserwujcie nas.

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Proszę wpisać swój komentarz!
Proszę podać swoje imię