Upload
catalin-deliman
View
296
Download
3
Embed Size (px)
Citation preview
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
1/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.1
CUPRINS
5. NECESARUL DE MATERIALE ..........................................................................................................................73
1. MEMORIU DE PREZENTARE
1.1. DESCRIEREA GENERAL A HALEI INDUSTRIALE DIN PUNCT
DE VEDERE CONSTRUCTIV I FUNCIONAL
Prin hale se neleg construcii cu un singur nivel, care nchid spaii mari, ntinse.
De obicei spaiul interior al unei hale este limitat de acoperi i de pereii laterali fiind complet
liber sau mprit n mai multe deschideri prin iruri de stlpi; pe unele poriuni pot exista perei
interiori care compartimenteaz interiorul. De asemenea, dup necesiti, pot exista la diferiteniveluri platforme i galerii.
1.2. ALCTUIREA GENERAL A HALELOR INDUSTRIALE
Halele au utilizri foarte diferite. Pot servi ca hale de fabricaie, magazii, hangare,
garaje, etc.. Dimensiunile generale sunt determinate de destinaia lor, de modul n care se
impune s fie rezolvate sistemele interioare de transport i de modul de rezolvare al luminrii,aerisirii, nclzirii i izolrii. Mai pot avea unele influene necesitatea de extindere, de adaptare
la condiiile tehnologice viitoare, natura terenului de fundaii, etc..
Construcia de hale metalice constituie un sistem spaial complex format din diferite
elemente. Structura metalic a halei poate servi numai pentru susinerea acoperiului, sau poate
s mai susin i utilajele de ridicare i de transport i alte instalaii industriale. Diversitatea
mare a domeniilor n care se folosesc halele metalice i a condiiilor pe care trebuie s le
ndeplineasc, conduce la tipuri de hale cu forme i alctuiri foarte variate. Halele industriale
cu forme i alctuiri specifice diferitelor ramuri industriale sunt cele mai rspndite.
n alctuirea structurii metalice a halelor industriale intr n general urmtoarele
pri:
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
2/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.2
a) elementele acoperiului, formate din pane, luminatoare, ferme sau grinzi cu
seciune plin, care susin nvelitoarea i eventual diverse instalaii i sisteme de transport;
b) structura de rezisten, alctuit din stlpi i ferme, din cadre cu seciune plin
sau din alte combinaii de elemente astfel legate ntre ele nct s alctuiasc sisteme portante,
n general plane. Unele elemente ale structurii de rezisten i ale acoperiului pot fi comune.
Structura de rezisten primete ncrcrile ansamblului construciei i le transmite la fundaii;
mpreun cu alte elemente asigur rigiditatea necesar halei;
c) contravntuirile elementelor acoperiului i pereilor; acestea preiau forele
orizontale pe care le transmit structurii de rezisten sau direct la fundaie; asigur stabilitatea
elementelor de rezisten i contribuie la rigidizarea halei;
d) scheletul metalic al pereilor, alctuit din stlpi i din grinzi orizontale pe care se
fixeaz elementele de nchidere ale pereilor;
e) construciile auxiliare, formate din grinzile cilor de rulare ale utilajelor de
ridicare i de transport, din platforme, susineri, scri, etc., necesare procesului tehnologic.
Fiecare din aceste pri, de la caz la caz, ajunge la forme, dezvoltri, alctuiri
diferite; pe grupe de construcii ele se pot ns uniformiza, ceea ce duce la avantaje tehnice i
economice.
1.3. FORMA HALELOR N PLAN I N ELEVAIE
n plan halele industriale au n general form dreptunghiular sau compus, prin
alturarea a o serie de dreptunghiuri, dup cerinele tehnologice. Halele cu alte destinaii (sport,
ntruniri, expoziii) capt de cele mai multe ori alte forme: circulare, ovale, poligonale.
Alegerea formei i dezvoltarea n plan i n seciune a halelor industriale sunt influenate n
primul rnd de procesul tehnologic.
Din studiul tehnologic rezult date referitoare la:
amplasamentul i gabaritul utilajelor de producie, de ridicare i
transport ale instalaiilor din hal i de sub nivelul pardoselii;
regimul i condiiile de exploatare;
necesitile de dezvoltare viitoare prin extinderea halelor i prin
modificarea gabaritelor i a capacitii utilajelor;
Intervin apoi elementele de ordin constructiv i economic:
rapoarte ntre dimensiunile generale i schemele constructive care s duc la
o folosire raional a spaiului i la un consum minim de oel;
folosirea unor elemente de construcie tipizate care uureaz construcia i
montajul.
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
3/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.3
Concomitent cu stabilirea formei n plan i n elevaie se alege reeaua de stlpi
respectndu-se principiul modelrii. La halele cu o singur deschidere stlpii sunt aezai pe
liniile pereilor laterali; la halele cu mai multe deschideri apar iruri de stlpi interiori. Este
preferabil adoptarea unei reele de stlpi aezai la intersecia liniilor care determin traveea i
deschiderile adoptate, ceea ce duce la o rezolvare constructiv uniform. Mrimea traveei se
stabilete dup necesitile tehnologice i de tipizare. ntre stlpii halei se aeaz deseori utilaje,
cuptoare i alte instalaii care pot impune distana dintre stlpi; tipizarea cere distane uniforme.
Dimensiunile caracteristice n plan ale halelor industriale sunt date de deschideri i travee.
1.4. NCRCRILE HALELOR INDUSTRIALE
Structura de rezisten a halelor metalice i nvelitorile sunt uoare. n construciile
industriale intervin sarcini permanente, utile i accidentale n combinaii foarte variate. Sarcini
permanente, uneori nsemnate, dau canalele de ventilaie, conductele pentru energie, pasarelele
de acces. De construciile metalice pot fi suspendate rezervoare, buncre sau alte instalaii
tehnologice cu greutate constant sau variabil. n anumite sectoare industriale peste
acoperiuri sau pe perei se aeaz conducte de gaze cu diametru mare, grele.
Platformele din hale care se gsesc n jurul utilajelor, cuptoarelor, etc., ajung s
suporte uneori ncrcri destul de mari din crucioare, vagoane, din materialele care se depunpe pardoseli sau din piesele care se depoziteaz cu ocazia demontrii pentru reparaii.
Unele instalaii sunt aezate pe platforme sau sunt susinute direct de construcie,
dnd i unele fore orizontale, vibraii sau ocuri. Un caracter deosebit al celor mai multe dintre
sarcinile utile care se ntlnesc n halele industriale este c acestea variaz mult i la intervale
de timp scurte i au efecte dinamice importante. Aceste efecte se manifest foarte dezavantajos
pe msur ce instalaiile i construcia se uzeaz, aciuni care provoac fenomenele de oboseal
ce se ntlnesc des n cadrul halelor industriale.
Influena ncrcrii cu zpad asupra arpantelor construciilor metalice, n special
cnd nvelitorile sunt uoare, este destul de important. ncrcarea cu zpad poate deveni
dezavantajoas i prin aglomerri care sunt posibile pe suprafee mari.
Cunoaterea sarcinilor, a valorii lor i a modului de aciune, n cazul halelor
metalice, este necesar pentru c acestea au influen asupra dezvoltrii calculelor, asupra
formelor constructive care se adopt i asupra modului de rezolvare a detaliilor construciei.
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
4/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.4
1.5. INFLUENA CONDIIILOR DE EXPLOATARE
mprirea construciilor halelor industriale n grupe dup regimul de exploatare,
constituie un principiu raional care permite ca msurile care se iau la proiectarea acestora s
fie difereniate dup importana i solicitrile la care sunt supuse construciile. Prin aceasta se
mrete durata i se reduc cheltuielile de exploatare la construciile supuse unui regim de
exploatare mai greu i se evit supradimensionarea construciilor cu un regim mai uor.
Criteriile de difereniere admise astzi de prescripiile noastre se refer la
construcii ntregi; ar fi ns util s se stabileasc unele diferene chiar i pentru elementele
aceleiai construcii, deoarece unele dintre ele sunt supuse la condiii diferite. De exemplu,
elementele structurii de rezisten, grinzile cilor de rulare lucreaz n condiii mai grele dect
elementele arpantei acoperiului i a pereilor. Pe de alt parte i importana ieirii din
funciune a diverselor elemente ale aceleiai construcii este diferit.
Clasificarea construciilor halelor n grupe ine seama de condiiile de solicitare
datorate podurilor rulante i de aciunile dinamice date de utilajele tehnologice i de mijloacele
de transport.n cazul de fa, hala industrial se ncadreaz n grupa a II-a cu regim de
exploatare mediu cuprinznd construcii care au poduri rulante cu regim de lucru mediu folosite
mai puin de jumtate de timp i cu ncrcri variate, de la cele mai mici pn la capacitatea
normal. Viteza de deplasare a podurilor este sub 100 [m/min]; ocurile sunt medii; se lucreaz
n dou schimburi. Hala este situat ntr-o regiune la care temperatura de exploatare minim
este de -30 [oC]. ncrcrile datorate zpezii pot ajunge la valori cuprinse ntre 50-70
[daN/m2], iar presiunea datorat vntului poate ajunge la valoarea maxim de qv = 50 [daN/m2].
1.6. DESCRIEREA GENERAL A STLPILOR PENTRU HALE
INDUSTRIALE DIN PUNCT DE VEDERE CONSTRUCTIV I
FUNCIONAL
Structurile cu stlpi i cu ferme au form de cadre aezate transversal halei; au o
deschidere sau mai multe deschideri. n general se urmrete s se dea structurilor o form i odezvoltare care s corespund ct mai bine solicitrilor la care sunt supuse. Cele mai des
utilizate sunt structurile ncastrate n fundaii i cu legturi rigide ntre stlpi i ferme.
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
5/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.5
ncastrarea stlpilor n fundaii se face n toate cazurile deoarece legtura ncastrat permite
soluii mai rigide i mai avantajoase din punct de vedere constructiv i economic. ncastrarea
nu este indicat doar n cazul n care terenul este de o aa natur nct nu ar putea suporta
efectele momentelor.
Un exemplu de asemenea structur este redat n figura 1.1.
Fig. 1.1. Model structuri ncastrate.
La alctuirea acestor structuri este necesar s se in seama de posibilitile de
tipizare i uniformizare a elementelor acestora. Stlpii halelor pot cpta forme comune sau
asemntoare la diferite categorii de structuri.
1.7. FORMELE CONSTRUCTIVE I ALCTUIREA STLPILOR
HALELOR INDUSTRIALE
Stlpii halelor industriale pot fi clasificai dup mai multe criterii: dup alctuirea
seciunii transversale, acetia pot fi cu nlimea seciunii transversale constant sau variabil,
cu seciune plin sau din elemente deprtate solidarizate cu plcue sau zbrele.
Stlpii cu nlime constant se folosesc cnd solicitrile (momente i forte axiale)
variaz relativ puin i pe lungimea acestora. Sunt indicai la hale cu poduri rulante cu
capacitate mic de ridicare, la construcii uoare, la platforme industriale, la diferite susineri,
etc. (figura 1.2).
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
6/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.6
Fig. 1.2. Stlpi pentru construcii uoare.
Aceti stlpi se pot realiza cu seciune plin prin sudare automat sau, cnd
condiiile constructive sau de rigiditate necesit ndeprtarea ramurilor, din elemente deprtate
zbrelite.
Stlpii cu nlimea variabil se folosesc de regul la hale unde variaia eforturiloreste mai pronunat (figura 1.3).
Fig. 1.3. Stlpi cu nlime variabil.
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
7/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.7
Halele industriale cu poduri rulante au stlpii cu nlimi constante pe anumite zone
(stlpi cu seciunea n trepte). De regul, se dezvolt seciunea de sub nivelul grinzii podului
rulant. Stlpii cu variaie n trepte se pot realiza cu seciune plin sau dac ramurile verticale
rezult prea deprtate poate rezulta mai economic alctuirea prii inferioare cu zbrele, iar a
prii superioare cu seciune plin.
Stlpii cu seciune plin se realizeaz prin sudarea automat a tablelor i a
platbandelor care alctuiesc inima i tlpile. n cazul elementelor puternic solicitate precum i
pentru mrirea rigiditii n plan transversal tlpile la rndul lor se alctuiesc din profile dublu
Tlaminate, sau din profile compuse prin sudur.
Elementele cu zbrele se alctuiesc din profile laminate sau compuse prin sudur.
Solidarizarea cu plcue nu se aplic dect la stlpii comprimai centric; n cazul stlpilor
solicitai de fore axiale, momente i fore tietoare se adopt soluia cu zbrele evitnd astfel
apariia momentelor suplimentare n ramurile stlpului. Ramurile stlpilor cu solicitri mari se
realizeaz prin elemente sudate, iar zbrelele din corniere sau dac este necesar din profile U.
Pentru a asigura indeformabilitatea stlpilor i pentru a mri rigiditatea lor la
rsucire se prevd din loc n loc nervuri (la stlpii cu seciune plin) i diafragme de rigidizare
(la stlpii din elemente deprtate figura 1.4).
Fig. 1.4. Nervuri i diafragme de rigidizare.
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
8/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.8
La stlpii cu seciune plin cu inima avnd suplee mare, pentru a evita fenomenele
de voalare, pe lng nervurile de rigidizare transversale, se poate prevedea i o nervur
longitudinal continu. n acest caz nervurile transversale se ntrerup sudndu-se de nervurile
longitudinale, iar la verificare n aria seciunii transversale a stlpului se consider i suprafaa
nervurilor longitudinale. Nervurile transversale se prevd de regul la extremiti i n cel puin
dou seciuni de pe lungimea unui tronson de montaj a stlpului (figura 1.4). Dispunerea lor
este obligatorie i n dreptul prinderilor unor console sau grinzi, zone unde se transmit fore
locale importante. La elementele cu zbrele dispunerea diafragmelor transversale se efectueaz
dup aceleai reguli ca i nervurile transversale la stlpii cu susinere plin.
Capetele stlpilor sunt amenajate astfel nct s permit rezemarea grinzilor. De
regul sub placa de centrare a grinzii, platforma de rezemare din capul stlpului se ntrete cu
nervuri de rigidizare verticale care la rndul lor sunt prevzute la partea inferioar cu
diafragm. Reaciunea se transmite prin intermediul nervurilor de rigidizare vertical la inima
stlpului cu seciune plin. Stlpii realizai din elemente deprtate au capul amenajat
asemntor, dar lipsind inima plin se prevede cu cte o travers sau plac lateral de o parte i
de alta a ramurii. Reaciunea se transmite prin intermediul nervurii verticale i a traverselor la
ramurile sau montanii stlpului. Uneori, n locul celor dou traverse se poate prevedea numai o
singur inim.
Consolele i zonele de rezemare ale grinzilor de rulare se realizeaz diferit de lastlp la stlp n funcie de mrimea solicitrilor i de modul de realizare al stlpului (seciune
plin sau din elemente deprtate). La stlpii cu seciune constant i cu inim plin rezemarea
se face pe console dublu Tsudate de stlp (figura 1.5).
Fig. 1.5. Console dublu T sudate de stlp.
n dreptul tlpilor consolei stlpul este ntrit cu nervuri de rigidizare care transmit
forele orizontale provenite din momentul ncovoietor la inima stlpului. Nervurile de
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
9/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.9
rigidizare, respectiv tlpile consolelor trebuie sudate de stlp cu suduri care s poat transmite
forele ce le revin.
La stlpii din elemente deprtate consolele se pot realiza din profile U sau tabl
care se sudeaz n exterior. Dac stlpul este n trepte, grinda de rulare se aeaz de regul pe
una din ramuri (figura 1.6).
Fig. 1.6. Ataarea grinzii de rulare pe ramura stlpului.
Prinderea grinzii de rulare de stlp trebuie s asigure transmiterea forelor care apar
n exploatare. Aceast prindere se realizeaz cu uruburi de ancoraj.
Bazele stlpilor se reazem prin ncastrare n fundaia de beton cu ajutorul
buloanelor de ancoraj. Bazele stlpilor se recomand s fie simple, s se poat aeza uor i
repede i s nu fie influenate mult de eventualele abateri n aezarea buloanelor de ancoraj.
1.8. CARACTERISTICI TEHNICE PRINCIPALE
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
10/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.10
Hala industrial a crei stlpi trebuie proiectai are o nlime H = 17 [m] i o
deschidere L = 21 [m].
Stlpii halei se proiecteaz n dou variante:
cu inim plin (seciune constant);
cu zbrele (seciune variabil).
Fig. 1.7. Schemele constructive ale celor doi stlpi.
Dimensiunile caracteristice sunt:
H = 17 [m];
h1 = 4,5 [m];
h2 = 12,5 [m];
L = 21 [m].
1.9. CONDIII DE FUNCIONARE I EXPLOATARE
Hala industrial n cazul de fa este o construcie care lucreaz n regim de lucru
mediu. ncrcrile stlpilor sunt variate de la cele mai mici pn la valoarea nominal. Stlpii
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
11/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.11
halei industriale sunt ncercai la temperatura de exploatare minim de -30 [oC], ncrcrile
datorate zpezii ajung pn la valori cuprinse ntre 50-70 [daN/m2], iar presiunea datorat
vntului poate ajunge pn la 50 [daN/m2].
1.10. ALEGEREA MRCII DE OEL NECESAR PENTRU A REALIZA
STLPII HALEI INDUSTRIALE N CONSTRUCIE SUDAT
Alegerea materialelor metalice pentru realizarea elementelor unei construcii de oel
este o problem important, cu un grad mare de complexitate. Prin alegerea judicioas a
materialelor metalice trebuie s se asigure construciei o eficien ct mai mare din punct de
vedere al execuiei (uzinare, montaj), al exploatrii (siguran n exploatare, ntreinere), al
consumului de oel i al costului.
Alegerea materialelor metalice pentru o construcie se face n funcie de natura,
importana i mrimea solicitrilor, de nivelul temperaturii i condiiilor de exploatare,
condiiile de execuie, costul oelului, etc., i const n stabilirea mrcii, a clasei de calitate i a
gradului de dezoxidare a oelului pentru structura de rezisten.
Structura de rezisten a unei hale este important deoarece adpostete oameni,
procese tehnologice, i trebuie s i se asigure o bun siguran n exploatare.
O alt problem care apare la alegerea oelului este aceea c se lucreaz latemperaturi relativ sczute care tind spre -30 [oC] i pentru realizarea stlpilor se folosesc
profile laminate.
Realizarea unor construcii metalice sudate durabile cu o bun comportare n
exploatare este determinat de conservarea tenacitii mbinrilor i a custurilor sudate, deci a
sudabilitii. Sudabilitatea oelurilor depinde de foarte muli factori i determin, n condiiile
de sudare date, atitudinea tehnic a oelurilor pentru realizarea anumitor mbinri.
Principalii factori care influeneaz sudabilitatea oelurilor sunt: proprietile fizico-mecanice ale oelului, condiiile tehnologice i procedeul de sudare folosit, concepia
constructiv adoptat, tendina de fisurare la cald sau la rece a oelului, condiiile de lucru ale
elementelor sudate, natura i nivelul solicitrilor, temperatura de serviciu, etc.
La alegerea clasei de calitate a oelului exist tendina de a alege indiferent de
natura construciei i condiiilor de lucru oelul cel mai bun i cu o clas de calitate ct mai
ridicat. Cu ct clasa de calitate a oelului este mai ridicat, cu att el se obine mai greu i din
aceast cauz este mai scump.
Din punct de vedere economic i tehnic raional este s se respecte principiul de a
folosi oelul cel mai potrivit unui anumit scop dat n funcie de solicitare, exploatare i montaj.
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
12/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.12
Oelul folosit trebuie s fie astfel ales i pus n oper nct sub influena condiiilor
de execuie i exploatare, precum i de influenele produse din exterior, ca i cea datorit
temperaturilor sczute, s nu prezinte o scdere periculoas a capacitii de rezisten fa de o
eventual rupere fragil.
Un alt criteriu pentru realizarea construciei este felul i mrimea ncrcrilor la
care este supus construcia. Stlpii halei sunt solicitai variabil dinamic i pe lng condiia de
rezisten mai trebuie s ndeplineasc n mod riguros i condiia de stabilitate local i
general, plus sgeata stlpului s fie mai mic dect cea admis. Avnd n vedere aceste
considerente pentru stlpi se alege o marc de oel nu mult superioar, dar cu o clas de calitate
ridicat. Din STAS 500/2-80 se alege oelul de uz general OL 37. Stabilitatea clasei de calitate
a oelurilor pentru construcii metalice sudate se face cu ajutorul metodei coeficientului de
periculozitate (STAS R8542-70). Aceast metod permite stabilirea clasei de calitate a unui
oel n funcie de natura i severitatea solicitrilor, grosime a produsului i temperatura de
exploatare a construciei (diagrama 1.1).
T e m p e r
0 - 1 0 - 2 0 -
Diagrama 1.1. Determinarea clasei de calitate a oelului.
n acest scop se calculeaz coeficientul de periculozitate n cazul solicitrilor de
traciune sau de compresiune, cu relaia:
G = K S B, unde:K factor constructiv;
S factor de importan;
B factor de solicitare.
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
13/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.13
Oelul de uz general OL 37 este un oel care are rspndirea cea mai larg n
tehnica construciilor, satisface n cea mai mare msur condiiile cerute, fapt pentru care mai
este denumit i oel normal de construcii.
Deoarece stlpii au custuri continue pe ntreaga lungime a lor, sunt alctuii cu
seciune cu inim plin i cu zbrele. Totodat sunt rigidizai cu elemente transversale i au
elemente cu custuri transversale i longitudinale la toate celelalte elemente, dar i n zonele n
care apar variaii mari de seciune. Se obine astfel un coeficient K = 1,4.
Stlpii halei sunt construcii sudate de o importan deosebit, fiecare element
component avnd un rol de funcionare bine definit, astfel nct se alege coeficientul S = 1.
Solicitarea stlpilor este mare; apar solicitri dinamice importante i solicitri prin
oc cu vitez de solicitare peste 5000 [daN/cm2sec]. Funcie de aceste considerente se alege
coeficientul B = 1,4.
Coeficientul de periculozitate va fi :
G = K S B = 1,4 1 1,4 = 1,96 2
innd cont de temperatura minim de exploatare care este de -30 [oC] i de
grosimea maxim a laminatelor de 25 [mm], se obine clasa de calitate 3k.
Tabelul 1.1.Caracteristicile mecanice i compoziia chimic a oelului stabilit
MARCA STAS Compoziia chimic [%]C Mn Si Smax. Pmax.OL37.3K
.
500/2 - 80 max. 0,19 max. 0,85 max. 0,4 0,05 0,05
MARCA
STAS CARACTERISTICI MECANICE
Limita
de
curgere
[N/mm2
]
Rezistena
la rupere
[N/mm2]
Alungirea
[%]
Reziliena
[daJ/cm2]
Energia de
rupere
[daJ]
Modul de
elasticitate
[daN/cm2]
Coeficient de: Masa
[kg/m3]
0oC -20oC long.
E
Transv.
G
constr
transv
dilat.
term.
lin. tOL37.3K 500/2 - 80 240 370-450 26 7 2,8 2,8 2,1.106 8,1.104 0,3 1,2.10-5 7850
1.11. DEFINITIVAREA SOLUIEI CONSTRUCTIVE A
TEMEI DE PROIECTARE
Din cele specificate anterior, stlpii halei se vor construi n dou variante:
cu inim plin;
cu zbrele.Pentru grinzile cii de rulare se va alege soluia de grind continu cu inim plin,
cu grind de frnare din zbrele sau cu inim plin cu pasarel de circulaie la nivelul inei.
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
14/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.14
Contravntuirile stlpilor se dispun n plan paralel cu axa de simetrie a halei i pe
linia stlpilor marginali (n pereii halei) i totodat la cele dou capete ale halei.
2. MEMORIU DE CALCUL I PROIECTARE
Calculul construciilor n Romnia, dup normele n vigoare, se face n stadiul
elastic.
Dimensionarea elementelor de construcii din oel, n cazul construciilor civile i
industriale se face cu metoda strilor limit (STAS 10108/0-78).
Stabilirea formei seciunii elementelor de construcii din oel se recomand s se
fac cu luarea n considerare a urmtoarelor criterii generale menite s asigure:
siguran maxim n exploatare a elementelor de construcii;
consum minim de oel;
realizare ct mai simpl;
seciunile pe ct posibil simetrice fa de planul de aciune al solicitrilor.
2.1. ALCTUIREA CII DE RULARE
Grinzile cilor podurilor rulante pot fi aezate pe consolele stlpilor , pe stlpi, care
se lesc la nivelul tlpii inferioare sau pot fi aezate pe console susinute de grinzile
longitudinale ale halelor. Pe console se aeaz numai grinzile podurilor rulante de capacitate
mic (5 10 [tf]).
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
15/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.15
Fig. 2.1. Console poduri rulante de capacitate mic.
n mod obinuit, calea de rulare se compune din:
grinda de rulare sau grinda principal pe care circul podul rulant i carepreia forele orizontale i verticale transmise de podul rulant;
grinda de frnare care preia forele transversale a cii rezultate din frnarea
cruciorului podului rulant;
ina de rulare susinut de grinda de rulare.
Grinzile de rulare se alctuiesc n general cu seciune plin dublu T(simetric sau
asimetric). Grinzile de rulare cu seciune plin pot fi simplu rezemate sau continue pe ntregul
tronson al halei.
n acest caz, se alege grinda de rulare cu seciunea plin continu pe ntregul
tronson al halei.
Grinda de frnare poate fi cu zbrele sau cu inim plin. Acest lucru depinde de
grupele de funcionare ale podurilor rulante. Podina de circulaie se realizeaz din grtare cu
tabl expandat.
La calea marginal grinda de frnare are una din tlpi format de talpa superioar a
grinzii de rulare i talpa dinspre exterior realizat din profil U,Isau corniere. Cele dou tlpi
sunt legate ntre ele cu zbrele sau cu inim plin.
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
16/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.16
2.2. ACIUNI CARE SOLICIT CALEA DE RULARE
2.2.1. ncrcri transmise de roile podului rulant
a) ncrcri verticalencrcrile verticale transmise de roile podului rulant variaz ca intensitate n
funcie de poziia cruciorului de pe pod. Pentru podurile rulante de uz general avem
urmtoarele valori ale ncrcrilor normale:
pmaxn = 185 [kN]
pminn = 81 [kN]
b) ncrcri orizontale
n lungul cii de rulare frnarea unui pod provoac o for orizontal la faa
superioar a inei avnd rezultanta:
p1n = fpmax.fn = 0,1185 = 18,5 [kN], unde :
p1n fora normal orizontal din frnarea podului;
pmax.frn suma apsrilor verticale maxime normale a roilor de frnare pe aceleai
ine;
f - coeficient de frecare a roilor de in.
Frnarea cruciorului provoac transversal cii n plan orizontal un convoi de fore
concentrate mobile, transmise la faa superioar a inei de rulare prin roile podului rulant.
Roile avnd bandaj n ambele pri, aciunea frnrii cruciorului se poate transmite integral
unei singure ci de rulare.
Valoarea forei normale din frnarea cruciorului este:
[ ]kN792,5P
14
7,461851,02
2
1P
kn
GQfn
n
1P
nt
nt
c
ccf
nt
=
+
=
+
=
unde:
n = 2 numrul roilor podului rulant pe aceeai in;
ncf = 2 numrul roilor de frnare a cruciorului;
k = 1 coeficient ce depinde de tipul suspensiei; n acest caz avem suspensie
flexibil;
nc = 4 numrul roilor cruciorului.
Transversal cii de rulare iau natere i fore orizontale din deplasarea oblic apodului rulant sau datorit neparalelismelor inelor denumite fore de erpuire. Fora de
erpuire are valoarea:
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
17/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.17
[ ]kN37P
1855
1P
P5
1P
ns
ns
nmax
ns
=
=
=
2.2.2. ncrcri datorate aciunilor din calea de rulare
a) greutatea proprie a grinzii de rulare
ggrn = (0,15..0,3) LT = (0,15..0,3) 12 = 1,8..3,6 [kN/m]
Se consider:
ggrn = 2,4 [kN/m]
b) greutatea proprie a inei de rulare, inclusiv prinderile
gSn = 1,15 x b2 x 0 = 1,15x0,12x78,5 = 0,9 [kN/m]
b - limea inei (se aproximeaz)
= 7850 [kg/m3] greutatea specific a oelului
c) greutatea contravntuirii orizontale se estimeaz la valoarea:
gnf= 0,9 [kN/m2]
e) ncrcarea util pe platforma de circulaie este:
gnn = 1,3 [kN/m2]
f ) ncrcarea permanent normal asupra grinzii este:
[ ]m/kN4g
9,012
1
2
5,09,04,2g
gb2
1
2
gggg
n
n
nff
ncn
sngr
n
=
+++=
+++=
bf= 1 [m] limea estimat a grinzii de frnare
Valorile estimative au fost stabilite conform [2].
2.3. PROIECTAREA I DIMENSIONAREA STLPILOR
HALEI INDUSTRIALE
Proiectarea i dimensionarea stlpilor unei hale n construcie metalic se refer la:
stlpii halei (n dou variante constructive);
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
18/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.18
baza stlpilor;
consola stlpilor.
Materialul ales pentru realizarea stlpilor i a celorlalte elemente ale lui este OL 37.
2.4. PROIECTAREA I DIMENSIONAREA STLPILOR N VARIANTA
CONSTRUCTIV GRIND CU ZBRELE
Aceti stlpi se realizeaz cu seciune constant, nesimetric deoarece ei sunt
solicitai de ncrcri normaleN, tangeniale Ti momente ncovoietoareM.
Stlpul se compune din dou pri: partea superioar, realizat din elemente cu
inim plin de form dublu Tsimetric i din partea inferioar a stlpului realizat din elemente
cu zbrele. Aceste pri se mbin printr-o consol.
Grinzile cu zbrele sunt elemente de construcii care lucreaz la ncovoiere i sunt
formate dintr-o reea de triunghiuri, realizate din bare, geometric nedeformabile.
Pentru stlpul din cazul de fa s-a ales o grind cu zbrele cu tlpi paralele care
prezint avantajul unei execuii simple deoarece toate zbrelele au aceeai lungime.
Alegerea sistemului cu zbrele se face innd seama de urmtoarele recomandri:
forma sistemului se alege astfel nct s satisfac destinaia respectiv;
numrul nodurilor s fie ct mai mic; lungimea barelor (mai ales a celor comprimate) s fie ct mai mic;
nclinarea diagonalelor s fie astfel stabilit nct dimensiunile guseelor s
rezulte ct mai mici; se recomand ca nclinarea diagonalelor fa de orizontal s fie de
aproximativ 45o (minim 35o, maxim 55o).
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
19/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.19
Fig. 2.2. Schema de calcul a stlpului.
2.5. DIMENSIONAREA I VERIFICAREA SECIUNII RAMURIISUPERIOARE A STLPULUI
a) ncrcri i eforturi;
Ramura superioar este solicitat de eforturi normale N, tangeniale T i moment
ncovoietorM, care au urmtoarele valori:
N = 9975 [daN];
T = 1350 [daN];M = 22950 [daN x m]
b) Dimensionarea seciunii ramurii superioare;
Ramura superioar a stlpului are seciuneaI(fig. 2.3), dimensiunile ei se stabilesc
constructiv i apoi se verific.
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
20/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.20
Fig. 2.3. Ramura superioar a stlpului de seciune I.
nlimea inimii se stabilete astfel:
( ) ]mm[85,642...45045007
1...
10
1h
7
1...
10
1h 2i =
=
=
stabilim: ]mm[600h i =
Limea tlpii este:
( ) ]mm[400...2005,1
1...
3
1600
5,1
1...
3
1hb i =
=
=
stabilim: ]mm[350b =
Grosimea tlpii i a inimii este:
]mm[66,1130
350
30
bs t ==>
stabilim: ]mm[15s t =
]mm[4150
600
150
hs ii ==>
stabilim: [mm[10s i =
Valorile normalizate ale seciunii sunt:
]mm[600h i =
]mm[350b =
]mm[15s t =
]mm[10s i =
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
21/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.21
]mm[630h s =
O alt variant pentru stabilirea valorilor normalizate ale seciunii este urmtoarea:
]mm[1863860
23001
21
9975e1
R
NA 2nec
+=
+=
]mm[9000l2lf ==
]mm[23009975
1022950
N
Me
3
=
==
ti A2AA +=
]mm[2,7473A4,0A 2i ==
]mm[9,5604A3,0A2
t ==
tiihsA =
100s
h
i
i
]mm[65,8100
hs ii
tt sbA =
30s
b
t
]mm[67,1330
bs tt
stabilim:
]mm[10s i =
]mm[15s t =
]mm[450s30b t =
stabilim:
]mm[350b =
]mm[1000s100h ii =
stabilim:
]mm[600h i =
deci, se obine:
]mm[5250A 2t =
]mm[6000A2
i =
]mm[16500A 2=
c) Stabilirea caracteristicilor geometrice i statice ale seciunii.
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
22/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.22
Fig. 2.4. Stabilirea caracteristicilor geometrice i statice.
aria seciunii:
]cm[165A2AA2
ti =+=
momentul de inerie al seciunii dup axax-x
]cm[117300I 4x =
modulul de rezisten al seciunii dup axax-x
]cm[3720W 3x =
raza de giraie dup axax-x
]cm[7,26ix = momentul de inerie dup axay-y
]cm[10720I 4y =
modulul de rezisten al seciunii dup axay-y
]cm[613W 3y =
raza de giraie dup axay-y
]cm[06,8i y =
d) Verificarea alegerii seciuniiVerificarea alegerii dimensiunilor seciunii se face calculnd modulul de rezisten
necesar.
+
= eR
NWxnec
]mm[23009975
1022950
N
Me
3max
==
]mm[3,24026745,02i2 xx ===
45,0x = se alege din [3], tabelul 4.30.
120a =
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
23/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.23
482,0= din [3] tabelul 4.5.
]cm[31,13299]mm[10931,13292300482,0
3,240
21
9975W 443xnec ==
+=
se observ c xnecef WW >
2.6. VERIFICAREA SECIUNII PRII SUPERIOARE A STLPULUI
a) verificarea de rezisten
RW
M
A
N
x
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
24/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.24
e) verificarea stabilitii locale a seciunii:
30s
b
t
, deci seciunea a fost bine dimensionat.
2.13. VERIFICAREA SECIUNII STLPULUI N VARIANTA
CONSTRUCTIV CU INIM PLIN
a) verificarea capacitii de rezisten se face cu relaia:
]mm/daN[21RW
M
A
N 2
xef
maxi =
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
39/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.39
]mm/daN[36,05,01500
1070
h
h 2maxi
i1 ===
]mm/daN[5,0107226,45
1022950
W
M 26
3
xef
maximaxi =
==
R]mm/daN[76,474,2336,0 222ech >=+=
d) verificarea stabilitii generale se face cu relaia:
]mm/daN[21RW
M
A
N 2
xef
maxi =
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
40/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.40
Cele mai solicitate noduri sunt cele dintre talp i inim i de aceea trebuie
verificate la alunecare.
nlimea custurii se alege din condiia:
]mm[7107,0s7,0a i ==
Stabilim a = 5 [mm]
]mm/daN[735,2Ia2
sT 2
x
xtmaxsl =
=
]mm/daN[12R 2afsl =
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
41/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.41
Fig. 2.16. Consola stlpului.
Grinda cii de rulare se aeaz centric pe una din ramurile stlpului. Dac stlpul
este n trepte grinda de rulare se aeaz de regul pe una din ramuri. n acest scop se
amenajeaz o platform de rezemare dintr-o plac orizontal prevzut cu nervuri de rigidizare
(vezi fig. 1.5). Tot n aceast zon se realizeaz i prinderea prii superioare de cea inferioar.
Prinderea tronsonului superior de tronsonul inferior al stlpului se realizeaz cu suduri de col
(n relief).
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
42/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.42
Sudurile dintre cele dou inimi care preiau efortul din inim se execut cu grosimea
maxim de 0,7 x si i de aceea ele au capacitatea suficient pentru transferul solicitrilor.
Talpa tronsonului inferior este prevzut cu o tietur care se sudeaz de inima
tronsonului superior.
Sudurile dintre tlpi trebuie proiectate astfel nct s poat transmite efortul capabil
al tlpii N1 = A1 x R.
Din condiia:
fs1 Rla4N
i impunndu-se grosimea a, se poate determina lungimea cordoanelor de sudur 1.
Lungimea de calcul a sudurilor se determin cu relaia:
]mm[360Ra2
b
M
2
N
lfs1
s
ss
1
+=
]mm[7107,0s7,0a min1 ==
Stabilim: a1 = 5 [mm]
]mm[600bs =
]mmdaN[1022950M 3s =
]daN[9975Ns =
]mm/daN[12R2
fs =
Lungimile coordonatelor de sudur se calculeaz pe baza eforturilor secionale N1 i
M1 la partea superioar a tronsonului inferior al stlpului, cu relaia:
]mm[388Ra2
d
M
2
N
ls
f2
1i
2
+
=
]mm[7107,0s7,0a min2 ==
Stabilim: a2 = 5 [mm]
]mm[1100d =
]daN[37975N i =
]mmdaN[1030380M 3i =
nlimea traversei trebuie aleas n aa fel nct s respecte urmtoarele condiii:
11tr a2lh +
22tr a2lh +
Traversele trebuie s preia prin forfecare efortul axial ce revine ramurii celei mai
ncrcate.
Stabilim grosimea unei traverse:
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
43/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.43
str = 8 [mm]
Limea traversei este dat de relaia:
]mm[243Rs2
d
M
2
N
5,1h ftr
ii
tr
+
=
nlimea traversei trebuie s fie mai mare i s respecte urmtoarele condiii:
]mm[37052360a2lh 11tr =+=+
]mm[39852388a2lh 22tr =+=+
Stabilim: ]mm[500h tr =
Grosimea diafragmelor se stabilesc la valoarea de sd = 5 [mm].
Momentul ncovoietorMi de la nivelul treptei conduce la apariia unor eforturi
unitare normale.
RW
M
p
i =
n acest caz trebuie verificat alegerea nlimii treptei.
]mm[232Rs
M3h
t
1tr =
Se observ c nlimea trebuie s fie htr > 232 [mm].
Lungimea consolei se alege constructiv:lc = 1700 [mm]
Verificarea sudurilor de rezisten a treptei la solicitarea compus se face cu relaia:
]mm/daN[12R32
fs2s
2ss.ech =+=
]mdaN[30380Mconst =
Modulul de rezisten determinat de suduri este :
]mm[1033,36
ha8W
362tr
s
=
=
Tensiunea normal n sudur este:
]mm/daN[11,9W
M 2
s
consts ==
Tensiunea tangenial din sudur este:
]mm/daN[9,1A
N 2
s
maxs ==
Deci pentru verificarea sudurilor de rezisten ale treptei trebuie respectat condiia:]mm/daN[69,99,1311,93 2222s
2ss.ech =+=+=
]mm/daN[12R 2fss.ech =
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
44/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.44
2.15.2. Proiectarea i dimensionarea consolei stlpului cu seciune constant
La stlpii cu seciune constant i cu inim plin rezemarea se face pe console
dublu Tsudate de stlpi. n dreptul tlpilor consolei, stlpul este ntrit cu nervuri de rigidizarecare transmit forele orizontale provenite din momentul ncovoietor la inima stlpului.
Nervurile de rigidizare, respectiv tlpile consolelor, trebuie sudate de stlp cu suduri care s
poat s transmit forele care le revin.
Trecerea de la tronsonul superior al stlpului la cel inferior i rezemarea grinzii cii
de rulare se realizeaz prin intermediul consolei.
Dimensionarea treptei stlpului se face constructiv, dup care se face o verificare a
eforturilor ce acioneaz n mbinarea sudat.
Stabilim:
nlimea treptei
]mm[700h tr =
lungimea treptei:
]mm[1900l tr =
limea treptei se calculeaz cu relaia:
]mm[820102800ssbb tr1tr =+=+=
grosimea sudurilor trebuie s ndeplineasc condiia:
]mm[7107,0s7,0a min ==
Stabilim:
a = 4 [mm]
Verificarea sudurilor consolei la solicitarea compus se face cu relaia:
]mm/daN[12R3 2fs2s
2ss.ech =
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
45/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.45
Fig. 2.17. Consola stlpului de la tronsonul superior la cel inferior.
Deci, pentru verificarea sudurilor de rezisten ale consolei trebuie respectat
condiia:
]mm/daN[81,845,0378,8 222s.ech =+=
]mm/daN[12R 2fss.ech =
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
46/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.46
2.16. CALCULUL BAZEI STLPILOR HALEI INDUSTRIALE
La hale grele i mari bazele stlpilor consum o cantitate mare de metal i cer
manoper mult. Pe de alt parte, pentru ca montajul halelor s se fac uor i repede, bazelestlpilor trebuie s fie simple, s se poat aeza uor, repede i s nu fie influenate mult de
eventualele abateri n aezarea buloanelor de ancoraj. Pentru alctuirea bazelor stlpilor
structurilor se pot folosi soluii variate. Uneori bazele stlpilor foarte mari se alctuiesc din
dou pri separate, solidarizate ntre ele; n cazul tlpilor lungi acest sistem asigur o rezemare
mai bun pe fundaie. Buloanele de ancoraj se fac din bare rotunde. Buloanele se ancoreaz pe
adncimea necesar; la buloanele mari se prevd la capete plci de repartiie a presiunilor n
masa de beton, pentru a se evita o lungime de ancorare prea mare.
2.16.1. Calculul bazei unui stlp cu seciunea n trepte
Soluia constructiv pe care o alegem este o baz sub form de papuc.
Aceasta asigur o legtur rigid a stlpului cu fundaia i un montaj uor i comod.
Efortul axial maxim din baz este:
]daN[37975Nmax =
Momentul ncovoietor care acioneaz asupra bazei este:
]mdaN[30380Mmax =
Efortul maxim de compresiune este dat de relaia:
]kN[056,466)d
M
2
N(N max1 =+=
Efortul maxim de ntindere este:
]kN[182,276d
MN max2 ==
Dimensiunile plcii se aleg constructiv innd seama c presiunea dintre placa
stlpului i beton s nu fie mai mare dect cea de strivire a betonului i n raport cu
dimensiunile stlpului i a rigidizrilor.
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
47/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.47
Fig. 2.18. Baz sub form de papuc.
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
48/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.48
Condiia din care se dimensioneaz baza stlpului este urmtoarea:
cpppmax1 RbhN
Aria suprafeei efective de rezemare este:
pp1
bhA =
]cm[28,23302
466056
R
NA
2
cb
max1nec1 ==
Conform STAS 10111/1-75 alegem beton de marc B50 care are rezistena de
calcul la compresiune:
]MPa[2Rcb =
Dimensiunile plcii se aleg constructiv, i prin urmare avem urmtoarele:
]mm[1200hp =
]mm[350bp =
Aria plcii se obine ca fiind:
]cm[4203501200bhA 2ppef1 ===
Se observ c:
nec1ef1 AA >
Deci placa a fost bine dimensionat.
Tensiunea care apare asupra betonului este:
]mm/N[098,1424375
466056
A
N 2
ef1
max1b ===
]mm/N[2Rbb =
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
49/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.49
hps = 260 [mm], iar grosimea unei suduri trebuie s ndeplineasc condiia:
]mm[2,11167,0s7,0a t ==
Stabilim: a = 7 [mm]
Deci, pentru verificarea la alunecare trebuie respectat condiia:]mm/N[64
26074
466056 2s =
=
]mm/N[120R2
fss =
2.16.2. Calculul bazei unui stlp cu seciune constant
Soluia constructiv este identic cu cea prezentat n cazul precedent.
Efortul axial maxim din baz este:]daN[9975Nmax =
Momentul ncovoietor maxim din baz este:
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
50/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.50
]mdaN[22950Mmax =
Efortul maxim de compresiune este calculat n relaia de mai jos:
]kN[361,264)d
M
2
N(N max1 =+=
Efortul maxim de ntindere este:
]kN[486,214d
MN maxmax2 ==
Alegerea dimensiunilor plcii se face din condiii constructive i din condiia:
cb1max1 RAN
]cm[8,1321R
NA
2
cb
max1nec1 =
Conform STAS 10111/1-75, alegem betonul de marc B50 care are rezistena decalcul la compresiune:
]Mpa[2Rcb =
]cm[144009001600bhA 2ppef1 ===
Stabilim: ]mm[1600hp =
]mm[850bp =
Tensiunea de compresiune asupra betonului este:
]mm/N[18,010144
264361
A
N 24
ef1
max1b =
==
]mm/N[2R2
cbb =
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
51/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.51
Fig. 2.19. Baza unui stlp cu seciune n trepte.
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
52/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.52
Stabilim: ]mm[30sp =
Grosimea c se determin din figura 2.19 i din urmtoarea condiie:
]mm[50c)c,cmax(c 121 ===
Verificarea sudurilor dintre papuc i stlp la lunecare se face cu relaia:
]mm/N[120Rah4
N 2fs
ps
maxsl ==
Stabilim: ]mm[180hps =
Sudurile dintre papuc i stlp trebuie s ndeplineasc condiia ca grosimea
sudurilor de col s fie urmtoarea:
]mm[7107,0s7,0a min ==
Stabilim:]mm[5a =
Verificarea sudurilor la alunecare trebuie s respecte condiia:
]mm/N[43,7318054
264361 2sl ==
]mm/N[120R 2fssl =
3. TEHNOLOGIA DE SUDARE
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
53/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.53
Prin tehnologicitatea construciei sudate se nelege, de obicei, forma prin care se
asigur realizarea sa raional cu aplicarea procedeelor tehnologice de nalt productivitate i cu
mecanizarea maxim a operaiilor de fabricaie. Condiia tehnologicitii constituie una din
cerinele fundamentale care trebuie luat n considerare la proiectarea construciei. Volumul de
munc, termenele de execuie i eficiena economic sunt determinate n mare parte de msura
n care sunt ndeplinite condiiile de tehnologicitate, la alegerea materialului i a formelor
constructive ale produsului sau ale construciei sudate.
Luarea n considerare a tehnologicitii la proiectarea construciei sudate conduce la
avantajele c materialul ales poate fi sudat prin procedee obinuite, iar formele constructive
adoptate permit aplicarea proceselor de sudare automat i a altor procese tehnologice de nalt
productivitate. De asemenea mai rezult c soluia constructiv adoptat necesit un numr
minim de elemente, c n fiecare element se folosete un numr minim de laminate cu grosimi
diferite, c numrul de operaii pentru fabricaie este redus la minim.
Aplicarea procedeelor mecanizate sau automate de sudare permit att sporirea
productivitii muncii ct i mbuntirea calitii construciei sudate. Efectul maxim prin
mecanizare poate fi obinut numai n cazul cnd mecanizarea va fi complex, adic dac vor fi
mecanizate i operaiile de schimbare a produsului dintr-o poziie n alta. Deosebit de
important este mecanizarea operaiilor de aezare a pieselor prefabricate n dispozitivul de
sudare, asamblarea i fixarea acestora cu ajutorul dispozitivelor cu funcionare rapid.Trebuie dat o mare atenie alegerii formei constructive a mbinrii diferitelor piese
deoarece formele constructive adoptate pot simplifica aplicarea sudrii automate, pot uura
mecanizarea unor operaii i pot exclude unele operaii intermediare.
3.1. MATERIALE DE BAZ UTILIZATE PENTRU REALIZAREA
CONSTRUCIEI SUDATE
Elementele i ansamblurile construciei sudate sunt alctuite din table, profile sau
bare laminate, piese turnate sau forjate, acestea constituind metalul de baz. Aliajele fier carbon
(oelurile i fontele) constituie n general metalul de baz pentru construciile sudate.
Alegerea materialelor metalice, de baz i de mbinare, pentru realizarea
elementelor unor construcii din oel este o problem important cu un grad mare de
complexitate i care trebuie s fie fcut cu competen. Prin alegerea judicioas a materialelor
metalice trebuie s se asigure construciei o eficien ct mai mare din punct de vedere al
execuiei (uzinare, montaj), al exploatrii (siguranei n exploatare, ntreinere) al consumului
de oel i al costului.
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
54/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.54
Pentru realizarea stlpilor halelor industriale se folosete un oel de uz general cu o
clas de calitate superioar. Clasa de calitate s-a ales raional n funcie de temperatura minim
de exploatare, grosimea maxim a elementelor componente, solicitrile ce acioneaz i nu n
ultimul rnd n funcie de importana construciei. Toate acestea, mpreun cu caracteristicile
mecanice i compoziia chimic a oelului de uz general OL37.3k, sunt prezentate n capitolul
1.
Pentru realizarea stlpilor, a bazei i a consolei acestora se utilizeaz tabl groas.
n cazul tablelor cu margini netiate, abaterile minime de la lime nu vor depi 10 [mm]
pentru tablele laminate pe laminoare continue, i de 5% din limea nominal a tablei pe
laminoare discontinue.
Defectele locale izolate vor fi ndeprtate prin polizare, dltuire, cu condiia ca
grosimea tablei n locurile curate s nu fie sub cea minim admis.
Tablele groase se livreaz n stare laminat sau n stare normalizat cu marginile
tiate n unghi drept.
Marcarea tablelor se face prin poansonare i vopsire pe fiecare tabl n cazul
tablelor livrate libere i pe tabla superioar n cazul tablelor livrate n pachete.
Se fac ncercri mecanice pentru determinarea rezistenei la rupere, a limitei de
curgere, alungirii la rupere, a rezilienei i energiei de rupere.
3.2. MATERIALE DE ADAOS UTILIZATE PENTRU REALIZAREA
CONSTRUCIEI SUDATE
Pentru realizarea mbinrilor sudate, n construciile de oel i alte metale se
utilizeaz ndeosebi procedeul de sudare prin topire i adaos de material topit.
La sudarea cu arc electric manual se folosesc electrozi metalici nvelii, cu
diametrul de 2,0; 2,5; 3,25; 4,0; 5,0 i 6,0 [mm] i cu lungime de 300 i 450 [mm].Stabilirea tipului electrodului, a dimensiunilor i a condiiilor de execuie ale
mbinrii sudate, se face innd seama de caracteristicile mecanice i de deformabilitate, de
tenacitatea i tendina de rupere fragil pe care trebuie s le satisfac metalul depus prin sudare,
precum i n funcie de caracterul i grosimea nveliului, poziia de sudare etc.
Ca procedee de sudare n cazul stlpilor marginali ai unei hale industriale, se
folosesc, sudarea cu electrozi nvelii pentru sudarea rigidizrilor, nervurilor i zbrelelor la
stlpi i sudarea sub strat de flux pentru realizarea mbinrilor dintre elementele stlpului.
La sudarea manual cu electrozi nvelii electrozii folosii sunt urmtorii:
E 24 B; SUPERTIT (E 6013)
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
55/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.55
Caracteristicile mecanice ale mbinrii obinute vor fi asemntoare cu a metalului
de baz, mbinarea fiind tenace i de mare rezisten.
Tabelul 3.1. Compoziia chimic a metalului depus.
TIP
ELECTROZI
C
[%]
Mn
[%]
Si
[%]
Smax
[%]
Pmax
[%]E42B 0,2-0,5 1,3-1,8 0,3-0,5 0,04 0,04E6013 0,06-0,1 0,4-0,7 0,2-0,6 0,04 0,04
Tabelul 3.2. Caracteristicile mecanice ale metalului depus.
TIP
ELECTROZI
Rp0,2
[N/mm2]
A5min
[%]
Rm
[N/mm2]
Kvmin
[J] (-20oC)
E42B 300-380 26-35 420-500 28E6013 430-490 24 490-550 28
Cu aceti electrozi se pot suda oeluri cu coninut maxim n carbon de 0,25% i
totodat se poate suda cu ei n toate poziiile. Electrozii utilizai au diametrul d e = 3,25 [mm] i
lungimea l = 450 [mm]. Aceti electrozi au nveli bazic (B). De regul nveliul este gros,
zgura rezultat este compact i se desprinde uor. Deoarece asigur un arc cu ptrundere
medie, electrozii cu nveli bazic se folosesc pentru sudare n toate poziiile, de regul la curent
continuu. Pentru a evita porozitatea custurii, din cazul c nveliul este higroscopic, nainte deutilizare electrozii se vor pstra timp de 2 ore n etuve la temperatura de 200 300oC pentru a-
i pierde umiditatea. Cu acest tip de electrozi se obin suduri cu caracteristici mecanice i cu
reziliene foarte bune chiar la temperaturi negative; metalul depus prezint o rezisten la
fisurare la cald sau la rece.
Pentru sudarea sub flux sau sudarea n mediu de gaz protector MAG, folosim ca
materiale de adaos urmtoarele tipuri de srme:
S 10; S 12; Mn2 Si
Gazul de protecie n cadrul sudrii MAG este CO2 i acesta trebuie s aib o
puritate ridicat de cca. 99,8%.
Fluxul recomandat la sudarea sub flux este FSN 20 i este ales n combinaie cu
srma folosit.
Tabelul 3.3. Compoziia chimic a srmelor pentru sudare.
TIP
SRM
C
[%]
Mn
[%]
Si
[%]
Cr
[%]
Ni
[%]
Pmax
[%]
Smax
[%]
Alte elemente
[%]S10 max
0,10
0,4-
0,6
max
0,03
max
0,2
max
0,3
0,03 0,03 -
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
56/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.56
S12Mn2Si max
0,12
1,8-
2,2
0,35-
0,9
max
0,2
max
0,3
0,03 0,03 Al. max
0,05
Tabelul 3.4. Compoziia chimic a fluxului.
SiO2 MnO CaO MgO Al2O3 TiO2 CaF2 FeO
max
S
max
P
max43
46,5
12 18 17 21 6 9 max 3 1 2 5 6,5 1,2 0,1 0,1
nainte de folosire fluxul trebuie uscat la temperatura de 200 300oC, timp de o
or n cuptor pentru a-i pierde umiditatea.
Diametrul srmelor folosite este de 2,5 [mm] pentru stratul de rdcin i de 4
[mm] pentru celelalte straturi.
Calitatea materialelor cu ajutorul crora se execut mbinrile elementelor i
construciile din oel: electrozi, srme de sudare i fluxuri, se alegere n funcie de calitatea
materialului de baz, de importana elementului n structur, de natura i mrimea solicitrilor,
de costul elementelor de mbinare etc.
3.3. CONDIII DE SUDARE
Sudarea stlpilor i a cilor de rulare este o sudare mecanizat sub flux sau MAG n
CO2 i se realizeaz la uzina constructoare n hale nchise.
Rigidizrile transversale ale cii de rulare i ale stlpilor precum i nervurile i
zbrelele se pot suda cu arc electric manual sau MAG.
Clasele de execuie ale mbinrilor sudate se aleg conform STAS 9378-75.
Pentru executarea stlpilor n construcie sudat se admit numai sudori autorizai.
Verificarea calificrii sudrilor se va face periodic sau naintea nceperii unei lucrri maiimportante, n conformitate cu STAS 9532/1-74 i STAS 9532/2-74.
3.4. PREGTIREA COMPONENTELOR PENTRU SUDARE
Dup debitarea la dimensiunile necesare fiecare element al structurii trebuie
ndreptat. Acest lucru se face pe suprafee plane de ndreptat. nainte de debitare oxizii de pe
suprafaa metalelor se ndeprteaz cu ajutorul periilor de srm. Profilele U, I se debiteaz
mecanic, iar tablele se debiteaz cu flacr oxiacetilenic.
Pregtirea componentelor n vederea sudrii cuprinde urmtoarele etape:
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
57/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.57
curirea componentelor n zona sudrii (limea zonei trebuie s fie egal
cu cel puin de dou ori grosimea componentelor dar nu mai mic de 50
[mm]);
crearea rostului ntre marginile componentelor;
poziionarea componentelor n vederea sudrii lor;
prinderea provizorie a componentelor (heftuirea).
Curirea componentelor se face mecanic cu ajutorul periilor de srm sau prin
achiere, chimic cu ajutorul unor solveni organici, sau prin microsablare.
Rosturile se aleg n funcie de procedeul de sudare utilizat, grosimea componentelor
de sudat i materialul acestora. Realizarea conturului rostului se face prin prelucrri mecanice
sau termice. Abaterile geometrice ale rostului trebuie s fie ct mai mici.
Din punct de vedere al prelucrrii sunt de preferat rosturi cu suprafee plane: I, V X
(figura 3.1. a, b, c).
Din punct de vedere al consumului de material de adaos sunt de preferat rosturile n
I, dublu U i X fa de rosturi n V (figura 3.1. a, d, c fa de b).
Din punct de vedere al tensiunilor i deformaiilor mbinrilor sudate sunt de
preferat rosturile simetrice.
Alegerea rostului depinde de materialul de baz, grosimea materialului de baz, dar
i de procedeul de sudare.n vederea sudrii cele dou piese trebuie poziionate n vederea asigurrii formei
rostului. Aceast poziionare relativ trebuie meninut pe parcursul procesului de sudare;
meninerea se realizeaz fie prin fixarea lor n dispozitive de prindere, fie prin prinderea
provizorie prin sudare.
Fig. 3.1. Rosturi cu suprafee plane: I, V, K.
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
58/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.58
Prinderea provizorie presupune realizarea unei suduri scurte ntre cele dou piese.
Lungimea unei suduri provizorii este de cca. 30...40 [mm], iar distana dintre prinderi este de
300400 [mm]. nainte de prinderea prin sudare piesele trebuiesc curate la luciu metalic. La
realizarea sudrii de prindere este important ca diametrul electrodului s fie suficient de mic.
nainte de sudarea propriu-zis, dup verificarea prinderilor provizorii, dac este
cazul, se realizeaz o nou curire a rostului pentru a ndeprta oxizii, rugina etc.
3.5. TEHNOLOGIA SUDRII CU ELECTROZI NVELII
Sudarea cu electrozi nvelii este procedeul manual cu cea mai mare accesibilitate.
Se sudeaz n orice poziie i majoritatea sudorilor au capacitatea de a-l aplica.
Cu ajutorul acestui procedeu se sudeaz rigidizrile transversale ale stlpilor
precum i zbrelele acestora.
Parametrii tehnologici ai acestui procedeu sunt urmtorii:
]A[500...25Is =
]V[55...15U a =
min]/cm[50...10vs =
]mm[6...6,1d e =
85,0...8,0AE =
Cantitatea de metal depus este modest de 0,5 1,5 [gr/sec].
Se poate suda n curent continuu sau curent alternativ. Sursa de curent are
caracteristica extern cztoare. Am ales pentru cazul de fa, un convertizor pentru sudare tip
CS-315 (se sudeaz cu electrozi bazici).
Tabelul 3.5. Caracteristici ale instalaiei
Tip DA
[%]
Is
[A]
Ua
[V]
Uo
[V]
U1
[V]
Im
[A]
n
[rot/min]
Domeniul
de reglajCS315 60 31
5
33 max 75
min 43
220/38
0
440/50
0
43/24
22/22
2800 50 370
3 trepte
Electrozii trebuie pstrai n ncperi speciale cu umiditate controlat. nainte de
sudare electrozii trebuie uscai pentru eliminarea umiditii din nveli.
Exist firme productoare care livreaz electrozii n ambalaje etane n care nu intr
umiditatea, astfel nct se elimin faza uscrii acestora.
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
59/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.59
La sudarea n mai multe straturi, stratul de rdcin se realizeaz cu electrozi cu
diametru mai mic pentru a se obine o rdcin fr defecte. Straturile de umplere se realizeaz
cu electrozi cu diametru mare i se folosete un curent de sudare mai mare.
Productivitatea acestui procedeu este sczut, iar calitatea sudurii depinde de
operator.
3.6. TEHNOLOGIA SUDRII SUB FLUX
Sudarea sub flux este un procedeu mecanizat prin care se obine o custur
omogen, iar gradul de folosire al materialului de adaus este aproximativ 100%. Se sudeaz
numai orizontal, rectiliniu i circular. Parametrii tehnologici ai acestui procedeul de sudare sunt
urmtorii:
]A[1200...400Is =
]V[42...25U a =
min]/cm[200...80vs =
]mm[6...2d e =
Se poate suda n curent continuu sau curent alternativ. Ca echipament pentru sudare
am ales instalaia ISF-1000U cu redresor de sudare i tractorul de sudare TU-1000.
Tabelul 3.6. Caracteristicile instalaiei
Tip DA
[%]
Ua
[V]
Tsmax
[A]
vae
[m/min]
vdepl. tract
[m/min]
de
[mm]
Reglare cap sudare
ISF1000
U
80 220 la
50 Hz
1000 0,5-6,5 0,15-1,5 2,5-5 Lateral: 45o
Longitudinal: -15 45o
Transversal: 30 mm
Compoziia chimic a srmei trebuie corelat cu materialul de baz i cu fluxul
folosit. Srmele sunt cuprate mpotriva oxidrii i pentru a asigura contactul electric. Se
livreaz n bobine sau colaci.
Fluxul, de obicei, nu are aceeai granulaie. n timpul manipulrii fluxul se
mrunete datorit frecrii granulelor unele de altele. Un flux nu poate fi refolosit i recirculat
de prea multe ori.
Fluxurile se depoziteaz n bidoane metalice, n ncperi speciale n care umiditatea
relativ este de 80%. nainte de folosire fluxurile trebuiesc uscate. n timp, proprietilefluxului se pot deprecia. Probele de omologare a fluxului au o valabilitate limitat n timp (12
luni). Fluxurile sunt standardizate.
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
60/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.60
La sudarea primei treceri este necesar aplicarea unei metode de susinere a
rdcinii. Aceasta se poate face cu un suport de cupru sau oel, cu perin (pat) de flux.
Rdcina se poate suda i cu un alt procedeu pentru a evita pericolul scurgerii metalului topit.
Productivitatea acestui procedeu este ridicat, iar calitatea sudurii este bun.
3.7. DETERMINAREA TENSIUNILOR I DEFORMAIILOR
REMANENTE CE APAR LA SUDAREA STLPILOR
Construciile sudate sunt influenate de ctre tensiunile i deformaiile remanente
care se datoreaz procesului de sudare. Ele apar mpreun i se condiioneaz reciproc n
funcie de rigiditatea structurii sau a elementului sudat.
Tensiunile remanente se datoreaz deformaiilor plastice neomogene, deformaiilor
termoplastice i transformrilor structurale i de faz. Acestea reduc capacitatea de rezisten a
construciei sudate. De aceea tensiunile i deformaiile remanente nu trebuie s ajung la valori
mai mari dect cele admisibile, deoarece odat cu depirea acestor valori trebuie ca piesele
sudate s fie detensionate printr-un tratament termic, ceea ce conduce la un consum energetic
mai ridicat i totodat prin aceasta crete i costul de realizare al construciei.
Relaiile analitice de calcul sunt urmtoarele:
tensiunea remanent:
)I
zz
A
1(qE
y
'
12
+=
deformaia remanent:
8
Lcf
2
=
n care: 1y
'
qI
zc =
]cm/daN[101,2E 26= - modulul de elasticitate al oelului
61085,0
= pentru oel
]cm/J['ckq 221 =
42 103k =
1q energia liniar de sudare
'c grosimea sudurii de col
A aria seciunii elementului ce se sudeaz z distana de la centrul de greutate al seciunii pn la fibra n care vrem s
determinm tensiunea
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
61/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.61
z distana de la centrul de greutate al seciunii pn la centrul de greutate
al seciunii sudurii
Iy momentul de inerie al ntregii seciuni ce se sudeaz n raport cu axa y-
y
L lungimea stlpului
3.8. CALCULUL TENSIUNILOR REMANENTE CE APAR
LA SUDAREA STLPILOR
Tensiunile proprii, remanente sunt n funcie de cauzele care le provoac, n funcie
de volumul n care se echilibreaz i n funcie de orientarea n spaiu.
Tensiunile remanente (rmn dup eliminarea cauzelor) se datoreaz deformaiilor
sau transformrilor structurale i de faz.
Fig. 3.2. Ordinea de sudare a seciunii stlpului
Caracteristicile geometrice ale seciunii sunt:
]mm[100.103AAA2
432 ===
]mm[535'z'z'z 432 ===
]mm[565zzz 432 ===
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
62/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.62
Fig. 3.3. Inima mbinat cu profilul I
]mm[43,1032220012000210700
10700550
A
Axy
i
ii
G =++
==
]mm[56900A 21 =
]mm[43,88'z 1 =
]mm[43,118z1 =
]mm[1034253,1I 491y =
Tensiunea remanent ce apare la sudare este:
]MPa[109
)419.166
5,535,565,535,562
1031
3
134353
84,884,11
569
1(4800)1085,0(101,2
)
A
zzzz2
A
3
I
zz
A
1(qE
'2
66
2y
'44
'22
21y
'11
1
1'2
+
+=
=
+
+=
Se observ c:
]MPa[300]MPa[109 rem.a'2 =
7/29/2019 52576970 Proiectarea Unei Hale Industriale
63/80
U.E.M. F.I.R. PROIECT DE DIPLOM Pag.63
Unde:
c - curbura;
L - lungimea elementului
Determinarea valorii curburii c depinde de ordinea de sudare. n cazul nostru vom
avea:
2314 ccc = ;
]cm[105802801,1c
)166419
5,53
134253
84,8(48001085,0)
I
z
I
z(qccc
1614
6
2y
'4
1y
'1
14114
=
+=+=+=
]cm[106232582,2166419
5,535,5348001085,0
I
zzqccc 166
2y
'3
'2
13223 =
+=
=+=
]cm[100429781,1)106232582,2(105802801,1ccc 16662314 ===
Deformaia remanent este:
]cm[38,08
1700100429781,1
8
Lcf
26
2
s ===
]cm[42,1ff ass =