Constructii Din Otel - Curs Rodica Crisan 2003

108
 RODICA CRIŞ  AN CONSTRUCŢII DIN OŢEL EDITURA UNIVERSITAR  Ă 'ION MINCU', 2003 

description

Constructii din otel

Transcript of Constructii Din Otel - Curs Rodica Crisan 2003

  • RODICA CRIAN

    CONSTRUCII DIN OEL

    EDITURA UNIVERSITAR 'ION MINCU', 2003

  • Descriere CIP a Bibliotecii Naionale a Romniei CRIAN, RODICA Construcii din oel / Rodica Crian Bucureti: Editura Universitar Ion Mincu, 2003 Bibliogr. ISBN 973-7999-01-0 624.014.2 Coperta 1: Aeroportul Saint Exupry, Lyon, Frana / arh. S. Calatrava (foto R. Crian, 2003) Tehnoredactare computerizat: arh. Ana Maria Mortu Machetare: ing. Elena Dinu 2003 Editura Universitar Ion Mincu Str. Academiei 18-20, sect.1, Bucureti, cod 410010

  • CUPRINS

    1. METALUL N CONSTRUCII: FIER, FONT, OEL 1

    2. OELUL DE CONSTRUCII: CLASIFICRI, SORTIMENTE 3

    3. CARACTERISTICILE OELULUI 4

    4. PROTECIA LA FOC 6

    5. PROTECIA CONTRA COROZIUNII 9

    6. PRODUSE DE BAZ DIN OEL 10

    7. PROCEDEE DE ASAMBLARE A ELEMENTELOR DIN OEL 15

    8. CTEVA REGULI GENERALE PRIVIND CONSTRUCIILE DIN OEL 21

    9. ELEMENTE STRUCTURALE 22

    10. NODURI NTRE ELEMENTE STRUCTURALE 31

    11. CONCEPIA DE ANSAMBLU A STRUCTURII 38

    12. PLANEE 49

    13. SCRI 59

    14. STRUCTURI DIN OEL - SINTEZ 61

    15. PEREI DE NCHIDERE 66

    16. PEREI DE COMPARTIMENTARE 75

    Bibliografie 80

    Exemple de construcii cu schelet din oel 81

  • CONSTRUCII DIN OEL

    1

    1. METALUL N CONSTRUCII. FIER, FONT, OEL

    Utilizarea fierului n construcii este foarte veche, datnd din primul mileniu .C; era ns produs n cantitate mic i folosit doar pentru confecionarea unor piese de legtur i de ranforsare. Pn la revoluia industrial, materialele de construcie majore sunt lemnul i piatra. Metalul (fier forjat sau font) are de regul rol auxiliar i se folosete cu discreie sub form de ancoraje, agrafe, tirani, grilaje i, uneori, stlpi. Prima construcie din font dateaz din a doua jumtate a sec. XVIII; este podul peste Severn la Coalbrookdale, GB (1777), 30 m deschidere. La nceputul sec XIX se extinde utilizarea fontei n construcii, nu numai la poduri i apeducte, ci i sub form de stlpi i grinzi ce formeaz scheletul unor construcii industriale, permind acoperirea unor spaii mari cu structuri relativ uoare i neinflamabile.1 Elemente decorative din font sunt utilizate din ce n ce mai des, pentru construcii curente, ca i pentru cldiri reprezentative, crend un nou stil arhitectural. Primele utilizri ale fierului ca element structural dateaz de la mijlocul secolului XIX. Perioada de glorie a construciilor metalice se situeaz ntre jumtatea sec. XIX i primul rzboi mondial, n legtur cu progresul rapid al industriei siderurgice. Sunt puse n valoare calitile i fora expresiv a noului mod de a construi: rezistena fierului la ntindere este exploatat la realizarea de poduri cu mari deschideri2 (poduri suspendate pe lanuri i cabluri, poduri cu grinzi chesonate, poduri cu grinzi n zbrele); greutatea redus i ductilitatea fierului au contribuit n arhitectura cldirilor la rspndirea stilului floreal (Liberty). Diferena fizic ntre font i fier este determinat de coninutul n carbon, ce se traduce n caracteristici i procedee de producere diferite. Fonta este casant, se toarn n forme, rezist bine la compresiune. Fierul este un material dur, maleabil, elastic i ductil, rezist bine la ntindere; este fasonabil, se nconvoaie, se contract sau se dilat, dar nu se rupe. Elementul constructiv predilect al fontei este stlpul; cel al fierului este grinda. Fierul provine din uzine metalurgice; prin laminare3 ia form de bare, plci, corniere: devine profil. Tehnica asamblrii cu nituiri a facilitat mult exploatarea constructiv a fierului. Progresele n tehnologia fierului ofer mijloace economice de realizare a unei ntregi game de cldiri (gri, hale, expoziii, sere). Se dezvolt astfel un tip constructiv i arhitectural nou ce asociaz fierul i sticla, dou materiale produse industrial. Sera este exemplul ce consacr posibilitile absolut noi oferite de fier, care joac n acest caz dublu rol, fizic i geometric: este structur i desen, ntr-o suprafa de sticl. Filiaia nceput de ser continu n timp cu veranda, marchiza, bovindoul, copertina de sticl. La nceputul sec. XIX, nmulirea incendiilor ce afecteaz cldirile din lemn, determin adoptarea sistemului constructiv metalic, n ciuda cheltuielilor suplimentare pe care le implica. Standardizarea4 va permite scderea costurilor i scurtarea timpului de execuie. Dup 1850 industria siderurgic ofer constructorilor profile laminate sub form de table i profile cu rezistene la ntindere i ncovoiere superioare fontei, la preuri comparabile. Aceste profile revoluioneaz domeniul construciilor, permind construirea de cldiri-turn, cu schelet metalic din laminate asamblate prin nituire la cald i perei de umplutur. Noile produse sunt utilizate pentru crearea unor noi tipuri de elemente structurale (grinda mixt, grinda n zbrele, grinda chesonat, etc.). Oelul este rezultatul progresului tehnic n ceea ce privete compoziia materialului i modul de producere. Prin reducerea coninutului de carbon sub 2% se obine un material mai elastic, mai

    1 Filatura de bumbac Philip & Lee, Manchester,1801; pavilionul regal de la Brighton - J.Nash, 1818. 2 Podul de la Menai ara Galilor (1819-1824), 173 m; podul de la Fribourg (1834), 273 m; podul Brooklyn (1870), cca. 500 m. 3 Procedeu inventat n Anglia, n 1774, odat cu pudlarea (procedeu de ndeprtare a impuritilor). 4 Crystal Palace - Joseph Paxton, Londra 1851 - prima manifestare important de standardizare (font, fier, sticl).

  • CONSTRUCII DIN OEL

    2

    dur, mai rezistent. Principiul tratrii directe a fontei pentru producerea oelului s-a descoperit n 1856 n Anglia5. Odat cu extindere utilizrii oelului, procedeele de asamblare, tehnicile de laminare, modelele de calcul al structurilor, se modific sensibil. Sudura ia locul niturilor, determinnd schimbri n aspectul construciilor. Este epoca n care se nate o nou formaie profesional: inginerul de structuri i biroul de proiectare. In prima jumtate a sec. XX utilizarea pe scar larg a oelului n construcii se mut n SUA; construcia de zgrie-nori folosete oelul pentru rezistena sa dar, n general, l ascunde sub placaje de piatr (v. Empire State Building, Rockefeller Center). Noul mod de a construi, repetnd la infinit pe vertical acelai tip de etaj cu structur din stlpi i grinzi de oel6, aduce dup sine raionalizarea execuiei, montajul uscat i prefabricarea. In Europa anilor '30 Jean Prouv d un nou impuls folosirii metalului n construcii. Dei preocuprile sale se ndreapt ndeosebi spre faade, grija pentru detaliu, originalitatea n fasonarea oelului, conduc la noi reflecii arhitecturale privind utilizarea oelului. Robert le Ricolais, inginer-artist, contemporan cu Prouv, realizeaz sisteme structurale originale, bazate pe cabluri i evi, ce se nscriu n orizontul de cutri promovat n principal de Buckminster Fuller (cupolele geodezice, ce permit nchiderea volumului maxim cu minimum de material). Ca exemple reprezentative pentru arhitectura ultimelor decenii pot fi reinute: Centrul naional de art i cultur George Pompidou, Paris (1971, Renzo Piano, Richard Rogers); Sediul bancar Hongkong (1975, Norman Foster); Institutul lumii arabe, Paris (1988, J. Nouvel, P. Soria, G. Lezens i Architecture Studio); Piramida de la Luvru (1989, I. M. Pei, G. Duval, M. Macary), .a.

    5 Intre 1850 i 1915 fierul pudlat i oelul sunt utilizate simultan; numai o analiz metalografic permite determinarea naturii metalului.

    6 Tip de construcie inventat de William Le Baron Jenney; Home Insurance Building (1884) este considerat primul zgrie-nori.

  • CONSTRUCII DIN OEL

    3

    2. OELUL DE CONSTRUCII. CLASIFICRI, SORTIMENTE. Oelul se obine din minereul de fier printr-o succesiune de operaii ce au ca scop separarea fierului i apoi transformarea fierului brut n oel, prin eliminarea impuritilor i reducerea coninutului de carbon. Oelul este deci un aliaj al fierului cu alte elemente, principalul fiind carbonul. Funcie de coninutul n carbon, oelul (< 2% carbon) se deosebete de font. Un oel este definit prin caracteristicile sale fizice, mecanice i chimice. In construciile metalice se utilizeaz oeluri normate, respectiv oeluri ale cror caracteristici sunt definite prin valori minime sau maxime prescrise de norme1 (valorile admise pentru calcule). Exist mai multe tipuri de clasificri ale oelurilor, funcie de compoziia chimic, funcie de caracteristicile mecanice de rezisten la ntindere sau funcie de limita de elasticitate. Clasificarea curent utilizat n construciile metalice deosebete oelurile funcie de rezistena la ntindere (marca oelului) i identific 2 categorii principale: OL 37 = oel normal pentru construcii metalice, denumit i oel moale sau ductil

    (echivalent Fe 360 / Euronorm) OL 52 = oel de nalt rezisten pentru construcii metalice (echiv. Fe 510 / Euronorm)

    In cadrul fiecreia dintre categorii (mrci) standardele definesc mai multe clase de calitate. Alegerea oelului este determinat de considerente de ordin tehnic (rezisten, deformabilitate) i economic. Dincolo de aceste categorii, pot fi obinute i alte tipuri de oeluri - cu caracteristici speciale. OELURILE SPECIALE Oeluri inoxidabile. Au rezisten chimic mult superioar oelului obinuit, datorit alierii cu alte metale cum ar fi crom, vanadium, molibden sau cupru; oel de duritate mare, este sudabil cu anumite precauii; datorit costului ridicat nu se utilizeaz de regul la schelete metalice.

    Oeluri patinabile. Create n jur de 1930 de US Steel sub numele de Cor-Ten, se fabric n Europa din anii '60. Conin mai puin crom i nichel dect oelul normal, dar au caracteristici mecanice asemntoare. In anumite condiii de expunere, au proprietatea de a se acoperi progresiv cu un strat protector de oxizi care le confer o bun rezisten la coroziune; formarea stratului protector este nsoit de o uoar reducere a grosimii metalului fr consecine asupra dimensionrii. Nu rezist n atmosfer puternic coroziv (zone industriale, zone marine) unde este necesar o protecie suplimentar.

    Oeluri refractare. Se utilizeaz pentru confecionarea unor elemente supuse la temperaturi nalte (tuburi de cazane, rezervoare, furnale, etc.); este un aliaj cu crom-nichel sau crom-molibden.

    Oeluri speciale de nalt rezisten. Mai dificil de sudat datorit coninutului ridicat de carbon, sunt utilizate n cazuri particulare, cum ar fi precomprimarea, aparate de reazem, etc.

    1 Norme naionale (STAS) i norme europene (EURONORM)

  • CONSTRUCII DIN OEL

    4

    3. CARACTERISTICILE OELULUI Caracteristicile oelului sunt cunoscute cu mare precizie, ceea ce permite calcule de rezisten precise, facilitnd dimensionarea i permind reducerea coeficienilor de siguran. Oelul este un material izotrop putnd fi solicitat la fel n toate direciile, att la ntindere ct i la compresiune. Fa de alte materiale - cum ar fi lemnul, betonul sau zidria - capacitile de rezisten specifice construciilor metalice permit folosirea unei cantiti reduse de material. Acesta fiind ns relativ scump, se utilizeaz elemente cu grosimi mici i cu forme adecvate condiiilor cerute. Pe de alt parte, manopera fiind oneroas, costul construciei depinde ntr-o msur important de timpul de fabricare i montaj. CARACTERISTICI FIZICE Greutatea specific:

    oel: 7.85 - 8.00 kN/m3 aliaj uor de aluminiu: 2.70 kN/m3

    Coeficientul de dilatare termic2: oel: 10 x [10-6 / 0C] aluminiu: 24 x [10-6 / 0C]

    Dilatarea datorat variaiilor de temperatur poate avea dou efecte, posibil a se combina: - variaii dimensionale sub efectul temperaturii; - variaii ale eforturilor de compresiune: dac o bar de oel este astfel fixat la capete nct

    alungirea este mpiedicat, creterea temperaturii determin eforturi suplimentare de compresiune.

    CARACTERISTICI MECANICE Maleabilitatea este proprietatea anumitor metale de a se deforma la rece sau la cald fr a

    se rupe i de a pute fi trase n foi subiri; aurul, argintul, cuprul, fierul sunt metale maleabile. Oelul utilizat n schelete structurale poate avea o deformaie de 20% nainte de rupere.

    Elasticitatea este proprietatea corpurilor care, deformndu-se sub aciunea unei fore, tind s revin la forma iniial atunci cnd fora nceteaz s mai acioneze; 'modulul de elasticitate' (E) al unui material exprim raportul ntre efortul unitar i deformaia specific; E oel = 210 kN/mm2; 'limita elastic' reprezint efortul unitar corespunztor alungirii elastice maxime.

    Atta timp ct nu sunt supuse unor solicitri prea puternice, oelurile au un comportament elastic. Calitatea oelului nu influeneaz elasticitatea, ci numai limita elastic.

    Plasticitatea este aptitudinea anumitor metale care, deformndu-se sub aciunea unei fore, i conserv deformaia atunci cnd fora nceteaz s mai acioneze; dac este solicitat pn la limita sa elastic sau dincolo de ea, un oel are comportare plastic. Datorit plasticitii sale, oelul poate fi deformat la rece pentru confecionarea de table cutate sau pentru crearea unei contrasgei la elemente ncovoiate.

    Duritatea este aptitudinea metalelor de a rezista la penetrare; poate fi ameliorat prin clire; este mai mult sau mai puin proporional cu rezistena la ntindere; poart diverse denumiri funcie de aparatul de ncercri cu care s-a determinat (duritate Brinell, Vickers, etc)

    Tenacitatea este proprietatea unui metal de a putea suporta simultan, fr daune, eforturi 2 Creterea relativ a lungimii pentru o cretere de temperatur de 10C.

  • CONSTRUCII DIN OEL

    5

    ridicate i alungiri mari. Fragilitatea este caracteristica unui metal numit casant, de a se putea rupe brutal n

    anumite condiii, cum ar fi temperaturile sczute; ncercrile de rezisten la oc permit caracterizarea fragilitii unui metal. Fonta este fragil; oelurile de construcii, nu.

    Sudabilitatea este proprietatea pe care o posed anumite metale de a se uni ntre ele atunci cnd sunt aduse la temperatura de fuziune. Sudabilitatea unui metal este o noiune calitativ ce poate fi apreciat cu ajutorul valorilor de rezisten la oc.

    Coroziunea este degradarea (lent) a pieselor metalice n mediu umed i n prezena oxigenului; este un fenomen electrochimic ce conduce la formarea de oxizi. Aliajele uoare i anumite sortimente de oel sunt fie mai rezistente (oelurile inoxidabile) fie autoprotejate printr-o pelicul etan (oeluri galvanizate, oeluri patinabile). Suprafeele metalice pot fi totodat protejate eficient prin aplicare de vopsitorii sau diverse straturi protectoare.

    ALIAJELE OELULUI pot combina diverse elemente cu oelul, influenndu-i caracteristicile. Asocierea cu materiale n general mai costisitoare ca oelul crete preul produsului, limitnd astfel, din considerente economice, domeniile de aplicare. Aceste elemente pot fi: Aluminiu: amelioreaz rezistena la calaminare (caracteristica metalului ca, puternic

    nclzit, s se acopere de oxid) dar influeneaz negativ sudabilitatea. Azot: crete limita de elasticitate, dar face oelul mai sensibil la mbtrnire. Crom: crete rezistena la temperaturi nalte; de la 12% n sus, reducere coroziunea. Crom + nichel: oelul inoxidabil; rezisten chimic mult superioar oelului obinuit. Cupru: crete rezistena la coroziune. Magneziu: are a aceleai proprieti ca i cromul i nichelul; de la 12% n sus crete

    rezistena la uzur. Molibden: crete rezistena la temperaturi nalte, cu ameliorarea rezistenei chimice. Nichel: crete limita aparent de elasticitate. Fosfor: face oelul mai casant. Siliciu: crete limita aparent de elasticitate i rezistena la ntindere. Vanadiu: crete rezistena la temperaturi nalte.

  • CONSTRUCII DIN OEL

    6

    4. PROTECIA LA FOC

    Oelul are o comportare foarte proast la foc; pe de o parte, i pierde rapid rezistena la temperaturi relativ joase (400 - 6000 C); pe de alt parte, prin conductivitatea sa termic mare, risc s propage incendiul. Pentru creterea rezistenei la foc a elementelor din oel, acestea trebuie protejate cu materiale care au capacitate termic1 mare sau conductivitate termic2 mic: BETON: utilizarea sa este interesant atunci cnd el poate participa la rezistena static

    a elementului structural, ca n cazul stlpilor sau grinzilor mixte, sau cnd se are n vedere o protecie cu bun rezisten la ocuri mecanice; punerea n oper se face prin turnare.

    IPSOS: este o protecie excelent, relativ rezistent; n stare uscat ipsosul conine cca. 20% ap constitutiv; pentru evaporarea acestei ape i transformarea ipsosului n sulfat de calciu anhidru este necesar o energie considerabil; punerea n oper se face prin tencuire sau prin montare de plci.

    FIBRO-CIMENT i VAT MINERAL: sunt produse cu coeficient de transmisie termic mic (termoizolatoare) care pot fi puse n oper singure sau asociate cu un liant (ipsos, var sau ciment); plcile sunt fixate cu agrafe, cu uruburi, sau lipite.

    VERMICULITA: este o roc expandat din familia micelor; sub aciunea cldurii sufer o puternic cretere n volum (pn la de 30 de ori volumul su), nchiznd aer, de unde capacitatea sa termoizolant.

    PERLIT: este o roc vulcanic expandat, utilizat la executarea unor tencuieli termoizolante

    ARGIL EXPANDAT: uoar i inert, induce solicitri nesemnificative n profilele metalice care o suport; este foarte slab conductoare de cldur i rezist la temperaturi de 12000 C; se folosete la umplerea spaiului dintre profilul de oel i un finisaj exterior din tabl, ipsos sau alt material.

    LEMN: dei poate prea surprinztor a proteja un material incombustibil cu unul combustibil ca lemnul, bunele caliti termoizolante ale acestuia reduc creterea sarcinii termice n elementele de oel.

    TENCUIELI APLICATE CU PISTOLUL: cele folosite n prezent sunt constituite din vermiculit, perlit, fibre minerale, etc. + liant (frecvent ciment sau ipsos).

    VOPSELE INTUMESCENTE (TERMOSPUMANTE): sunt produse care, sub influena cldurii, se umfl i se transform ntr-o spum cu grosime de cteva zeci de ori mai mare ca grosimea iniial; aceast spum formeaz izolaia termic.

    1 Proprietate termofizic a unui material, care desemneaz cantitatea de cldur necesar pentru creterea temperaturii unitii de volum cu 1 grad. (conf. GIVONI, B, L'homme, l'architecture et le climat. Edition du Moniteur, Paris 1978) 2 Proprietate termofizic a unui material determinat de fluxul de cldur care, n unitatea de timp, traverseaz o unitate de grosime a unei uniti de suprafa dintr-un material supus unei diferene de temperatur egal cu unitatea. (conf. GIVONI, B, L'homme, l'architecture et le climat. Edition du Moniteur, Paris 1978). Materialele termoizolante au conductivitate termic mic.

  • CONSTRUCII DIN OEL

    7

    Protecia la foc a stlpilor de oel a) Cu beton b) Cu plci de ipsos + finisaj c) Cu tencuial ipsos pe reea + finisaj d) Cu argil expandat + tabl obinuit

    sau inoxidabil

    Protecia la foc a grinzilor din oel a) Cu beton b) Cu plci de ipsos c) Cu plci de ipsos + lemn, la planeu de

    lemn pe grinzi metalice: 1 - grind de oel; 2 - traverse la fiecare 50 cm; 3 - rigle la fiecare 50 cm; 4 - plci de ipsos de 2.5, 4 sau 6 cm (funcie de rezistena la foc cerut); 5 - rigl dubl la fiecare 50 cm

    Durata de rezisten la foc (t) a stlpilor i planeelor din oel, cu diverse protecii Stlpi profile H, h = 260 mm

    Planee grinzi profile I, h = 300 mm

    Beton t = 172 min.

    Tencuial ipsos t = 73 min.

    Plci ipsos t = 107 min.

    Tencuial ipsos t = 63 min.

    Plci de ipsos t = 87 min.

    Argil expandat +tabl inox 3 mm t = 247 min.

    Tencuial vermiculit-ipsos t = 116 min.

    Plci vermiculit t = 117 min.

    Tencuial vermiculit-ipsos t = 97 min.

    Plci vermiculit t = 84 min.

  • CONSTRUCII DIN OEL

    8

    Problema proteciei contra incendiilor trebuie avut n vedere de la nceputul proiectrii, fiind, nainte de toate, o problem de concepie. Se cunoate din experien faptul c o structur metalic i reduce rezistena sub efectul cldurii; dup ce temperatura oelului atinge 450 - 5000 aceast rezisten devine insuficient i exist riscul prbuirii instantanee a structurii. mpotriva acestui pericol se poate aciona, n principiu, pe dou ci, ce pot fi combinate ntre ele sau nu. Cea mai simpl soluie este, evident, reducerea riscului de producere a incendiului, respectiv eliminarea materialelor inflamabile sau care degaj fum nociv sau coroziv (cazul materialelor plastice); astfel se reduce sarcina termic i pericolul de fum. Izolarea componentelor vitale ale structurii cu o protecie pasiv constituit din mbrcarea cu un material ignifug i izolant (de tipul celor artate anterior), ca i realizarea unui sistem de protecie activ, ce presupune prevederea unei instalaii automate de stropire a structurii, constituie o alt categorie de msuri de avut n vedere. Msurile de protecie pasiv i activ, alturi de caracteristici cum ar fi sistemul de alarm, timpul necesar pentru intervenie, compartimentrile (v. riscul de propagare a incendiului), numrul de etaje i accesibilitatea, definesc riscul potenial de incendiu efectiv care, n ultim instan, determin vulnerabilitatea cldirii n raport cu riscul de incendiu. In multe cazuri structura metalic poate rmne aparent, deci nembrcat n alte materiale, pe baza determinrii riscului de incendiu efectiv sau prin realizarea unei protecii active.

  • CONSTRUCII DIN OEL

    9

    5. PROTECIA CONTRA COROZIUNII Elementele din oel trebuie protejate pentru prevenirea coroziunii, datorat n principal umiditii aerului, ndeosebi atunci cnd aceasta depete 60%. Funcie de agresivitatea atmosferic i durata de via preconizat pentru construcie, aceast protecie va fi mai mult sau mai puin sever. PRINCIPII DE BAZ: Curarea suprafeei Se realizeaz de regul prin sablare, cu grad diferit de acuratee (sablare semi-ngrijit, ngrijit - cazul curent, sau 'la alb') funcie de exigenele specifice fiecrui caz n parte; simpla periere nu este n general suficient pentru a ndeprta calamina de pe profilele laminate. Straturile de baz (grund) Imediat dup sablare se aplic n mod curent unul din urmtoarele produse, n 1 - 2 straturi:

    - miniu de plumb (rareori folosit astzi) - fosfat sau silicat de zinc - pudr de zinc (aplicat ca vopsitorie din 1 sau 2 componente)

    Dou straturi de baz fr tratament ulterior permit obinerea unei protecii suficiente pentru elemente constructive aflate la adpost de umiditate i de climatul exterior. Straturile de finisare Se aplic pentru creterea rezistenei la coroziune (n medii cu agresivitate crescut) sau din raiuni estetice; trebuie aplicate imediat dup aplicarea grundului, acesta putndu-se altera naintea vopsirii definitive. Vopseaua de finisare trebuie s fie compatibil cu stratul suport. ALTE MIJLOACE DE PROTECIE: Zincarea Tencuielile bituminoase Oelurile inoxidabile Oelurile patinabile

  • CONSTRUCII DIN OEL

    10

    6. PRODUSE DE BAZ DIN OEL Plecnd de la semi-produse (lingouri, blum-uri, muluri, etc) industria siderurgic ofer patru tipuri de produse de baz (semi-finite) din oel, ce difer funcie de procedeul de fabricaie. 1. OELURI LAMINATE Constituie principalele produse folosite n construciile metalice. Laminarea se efectueaz plecnd de la semi-produse (lingouri) renclzite n cuptoare electrice (laminare la cald). Dup o prim faz de subiere, metalul este strivit progresiv ntre doi sau mai muli cilindri de font sau oel, cu sensuri contrare de rotire. Se utilizeaz cilindri canelai pentru profile i cilindri plai pentru table. Marea majoritate a produselor folosite la structuri metalice sunt oeluri laminate la cald. O parte important a tablelor laminate la cald este ulterior laminat la rece pentru reducerea grosimii; se obin table subiri (0.3 - 3 mm). Laminarea la rece este utilizat n principal pentru fasonarea tablelor subiri i obinerea de profile cu perei subiri. Oelurile laminate au caracteristici standardizate (la nivel naional - STAS; la nivel european - EURONORM) 2. OELURI TRASE sau TREFILATE Prin tragere sau trefilare (la cald sau la rece) un produs laminat este adus la o seciune mai mic i la o lungime mai mare. Procedeul este utilizat n special pentru confecionarea barelor de armtur i a cablurilor din oel, ntruct permite ameliorarea rezistenei la ntindere a oelului. 3. OELURI TURNATE Prin turnare n forme refractare se pot obine piese de forme complexe, dificil de realizat prin sudur. Procedeul nu este economic dect n msura n care costul tiparului poate fi amortizat printr-o serie mare de piese identice. Pentru o mai mare precizie a pieselor, o mai bun calitate a suprafeelor sau pentru realizarea de filete pentru asamblare, piesele turnate pot fi uzinate. 4. OELURI FORJATE Prin fasonare la cald cu ajutorul unor prese hidraulice de mare putere, se obin piese pline (stlpi, plci de baz) de mari dimensiuni. PRODUSE UZINATE Plecnd de la laminate de serie sau de la oeluri turnate, este posibil producerea unor piese prin uzinare. Pot fi astfel realizate: guri, filete, crestturi sau decupaje de mare precizie, precum i profile obinute prin formare la rece i/sau sudarea de produse plate (table). Uzinarea (ca i turnarea) este economic numai atunci cnd cantitatea de piese identice este mare.

  • CONSTRUCII DIN OEL

    11

    PRODUSE LAMINATE Simbol STAS: I In Europa se folosesc profile cu urmtoarele simboluri: IPN - cu profil normal IPE - cu profil european IPER - cu aripi ranforsate; nlimi 140 - 600 mm nlimile profilelor standardizate n Romnia1 (h) variaz ntre 80 i 400 mm [nlimile profilelor europene ajung la 600 mm]; limile (b) sunt cuprinse ntre 42 i 155 mm; grosimea inimii (d) este cca. 1/10 din limea profilului (b). Lungimi (l): 6 - 12 m. Exemplu de notare pe desen: I 40 ...1250 (pentru h = 400 mm; l = 1250 mm) Utilizare: grinzi; stlpi cu ncrcri reduse.

    OEL

    Nu exist profile standardizate n Romnia. In Europa se folosesc profile standardizate din aceast categorie, cu urmtoarele simboluri: - HEA - cu aripi uoare - HEB - cu aripi normale - HEM - cu aripi groase - HHD - cu aripi foarte groase Pn la profile de 300 mm, nlimea este egal cu limea tlpii; peste 300 mm, limea nu depete 300 mm indiferent de nlimea profilului care poate ajunge pn la 1000 mm. Utilizare: grinzi ncovoiate i stlpi comprimai; profilelele HHD sunt utilizate n principal ca stlpi.

    OEL H

    Simbol STAS: U In Europa se folosesc profile cu urmtoarele simboluri: - UPN - profile normale cu margini nclinate - UAP - profile cu margini paralele Dimensiuni curente: nlimile profilelor standardizate n Romnia2 (h) variaz ntre 65 i 300 mm, pentru limi (b) cuprinse ntre 42 i 100 mm; grosimea 'inimii' (d) variaz ntre 5 i 10 mm. Lungimi (l): 6 - 12 m. Exemplu de notare pe desen: U 30 ...1250 (pentru h = 300 mm; l = 1250 mm) Utilizare: grinzi de bordaj, grinzi i stlpi dubli, diagonale de contravntuire.

    OEL U

    Simbol STAS: T Dimensiuni curente: nlimile profilelor standardizate n Romnia3 (h) variaz ntre 20 i 50 mm; (a) = (h); grosimea (g = t = r) variaz ntre 3 i 6 mm. Lungimi (l): 4 - 8 m. Exemplu de notare pe desen: T2 ...1250 (pentru h = 20 mm; l = 1250 mm)

    OEL T

    1 STAS 565 -80 2 STAS 564 -80 3 STAS 566 -68

  • CONSTRUCII DIN OEL

    12

    Simbol STAS: L Pentru profilele standardizate n Romnia4, limea aripilor (a) variaz de la 20 la 160 mm; grosimile (g) variaz de la 3 - 4 mm (la profilele mici), pn la 14 - 16 mm (la profilele cele mai mari). Lungimi (l): 4 - 12 m. Exemplu de notare pe desen: L 20 x 20 x 3 ...425 (pentru a = 20 mm; g = 3 mm; l = 425 mm)

    OEL CORNIER CU ARIPI EGALE

    Simbol STAS: LL Pentru profilele standardizate n Romnia5, limile aripilor sunt 80 - 100 mm latura lung (a) i 65 - 75 mm latura scurt (b); grosimile (g) sunt 8 - 9 mm. Lungimi (l): 4 - 12 m. Exemplu de notare pe desen: LL 60 x 40 x 5 ...675 (pentru a = 60 mm; b = 40 mm; g = 5 mm; l = 675 mm)

    OEL CORNIER CU ARIPI NEEGALE

    Latura seciunii (a) variaz ntre 8 i 60 mm.6 Lungimi (l): 2 - 6 m Exemplu de notare pe desen: 25 ...2000 (pentru a = 25 mm; l = 2000 mm)

    OEL PTRAT

    Diametrul (d) variaz ntre 10 i 150 mm.7 Lungimi (l): 2 - 6 m

    Exemplu de notare pe desen: 20 ...5000 (pentru d = 20 mm; l = 5000 mm)

    OEL ROTUND

    Diametrul exterior (D) variaz ntre 25 i 377 mm; grosimea peretelui (t) variaz ntre 3 i 22 mm.8 Lungimi (l): 4 - 12.5 m Exemplu de notare pe desen: eav 60 x 6 ...7520 (pentru D = 60 mm; t = 6 mm; l = 7520 mm)

    EVI

    4 STAS 424 -80 5 STAS 425 -80 6 STAS 334 -80 7 STAS 333 -80 8 STAS 404 / 2 -80

  • CONSTRUCII DIN OEL

    13

    Latura (a) variaz ntre 20 i 42 mm; grosimea peretelui (g) variaz ntre 1 - 1.5 mm i 2.5 mm.9 Lungimi (l): 3 - 7 m Exemplu de notare pe desen: eav ptrat 60 x 6 ...700 (pentru a = 60 mm; g = 6 mm; l = 700 mm)

    EVI PTRATE

    Latura mare (a) are 30, 40, 50 mm sau 106 mm; latura mic (b) are 18, 20, 25, 30, 40 mm sau 60 mm; grosimea peretelui (g) variaz ntre 2 i 3.5 mm, pn la 6-9 mm n cazul evilor de 106x60. evile pn la 50x40 se execut prin tragere la rece. evile 106x60 se execut prin laminare la cald.10 Lungimi (l): 3 - 7 m Exemplu de notare pe desen: eav dreptunghiular 50 x 40 x 3.5 ...700 (pentru a = 50 mm; b = 40 mm; g = 3.5 mm; l = 700 mm)

    EVI DREPTUNGHIULARE

    a = 20 - 370 mm; b = 2 - 5 mm11 Livrare sub form de rulouri de 18 - 100 kg. Exemplu de notare pe desen: 50 x 3 ...120 (pentru a = 50 mm; b = 3 mm; l = 120 mm)

    BAND DE OEL

    a = 20 - 150 mm; b = 5 - 50 mm12 Lungimi (l): 3 - 12 m Exemplu de notare pe desen: 80 x 16 ...120 (pentru a = 80 mm; b = 16 mm; l = 120 mm)

    OEL LAT

    Se realizeaz (la noi) prin tiere din tabl a = 160 - 600 mm; b = 6 - 40 mm Exemplu de notare pe desen: 160 x 10 ...175 (pentru a = 160 mm; b = 10 mm; l = 175 mm)

    PLATBAND

    Grosimi: 3 - 150 mm; limi: 1 - 4 m13. Lungimi (l): 4 - 12 m Exemplu de notare pe desen: 15 x 1430 ...560 (pentru grosime = 15 mm; lime = 1430 mm; lungime = 560 mm)

    TABL GROAS

    9 STAS 6086 -70 10 STAS 6086 -70 11 STAS 908 -80 12 STAS 395 -80 13 STAS 437 -80

  • CONSTRUCII DIN OEL

    14

    Simbol STAS: TS Grosimi (a): 4 - 10 mm; limi: 700 - 1500 mm14 Lungimi (l): 4 - 12 m Exemplu de notare pe desen: TS 7 x 500 x 4000 (pentru grosime = 7 mm; lime = 500 mm; lungime = 4000 mm)

    TABL STRIAT

    Grosimi (t): 0.75 - 1.5 mm; nlimea ondulelor (a): 20 - 40 mm; lime total (c): cca. 800 - 850 mm15 Lungimi (l): 2 m Exemplu de notare pe desen: TO 100 x 3 x 1.0 ...2000 (pentru b = 100 mm; a = 3 mm; d = 1.0 mm; l = 2000 mm)

    TABL ONDULAT

    - TIP 35/187.5 [unde 35 = a; 187.5 = b] - TIP 60/200 - TIP 60/125 Grosimea tablei (t): 0.75 = 1.50 mm. Limi (B): 750; 600; 500 mm. Lungimi (l): pn la 6 m; la comand. Exemplu de notare pe desen: TC 35/187.5/1.0/750 - 2500 (pentru a = 35 mm; b = 187.5 mm; t = 1.0 mm; B = 750 mm; l = 2500 mm)

    PROFILE DIN TABL CUTAT

    PRODUSE DIN TABL SUBIRE FORMATE LA RECE BARE CU PEREI SUBIRI Seciuni simple

    Seciuni compuse

    Forma profilelor poate fi realizat prin laminare la rece sau prin presare la rece. O caracteristic a profilelor formate la rece este grosimea constant a pereilor. La profilele produse prin laminare la rece grosimea este n general 0.4 - 8.0 mm; la cele produse prin presare la rece grosimea poate s ajung pn la 20 mm. PLCI PROFILATE

    14 STAS 3480 -80 15 STAS 2029 -68

  • CONSTRUCII DIN OEL

    15

    7. PROCEDEE DE ASAMBLARE A ELEMENTELOR DIN OEL Construciile metalice sunt realizate din elemente prefabricate (ferme, stlpi, grinzi, contravntuiri, etc) asamblate ntre ele; acestea sunt, la rndul lor, confecionate prin asamblarea produselor laminate (profile, table, etc...). In construciile metalice se folosesc dou mari categorii de asamblri: mecanice: cu tije (nituri, buloane) coezive: prin sudare sau prin ncleiere Funcie de scopul urmrit, se disting urmtoarele tipuri de mbinri: prinderi n atelier (fixarea unor piese de alte piese, de ex. prinderea unei console de stlp) nndiri (la confecionarea unor elemente a cror lungime depete lungimile de livrare a

    laminatelor) solidarizri (la elemente realizate din mai multe profile laminate, de ex. mbinarea talp -

    inim la o grind I din platbande) La elementele cu lungimi relativ mici (sub 20 m), mbinrile se pot executa n atelier. Elementele cu lungimi mari, care nu pot fi manipulate i transportate la gabaritul final, se execut n atelier pe tronsoane; acestea sunt ulterior asamblate ntre ele pe antier. Principalele procedee de asamblare au urmtoarele domenii prefereniale de utilizare: mbinrile cu nituri sunt recomandate pentru:

    - prinderi de atelier - nndiri - solidarizri

    (n prezent de regul nlocuite cu suduri) mbinri cu suduri

    - solidarizri - prinderi i nndiri de atelier - prinderi i nndiri de antier

    mbinri cu buloane - prinderi de antier - nndiri de antier - mbinri demontabile

    BULOANELE Sunt fabricate din tije de oel rotund i cuprind un cap (hexagonal), un corp (parial filetat) i o piuli mobil (tot hexagonal). Bulonarea permite montarea fr probleme a unor elemente n prealabil tratate anticoroziv; constituie procedeul cel mai judicios a fi utilizat pentru asamblrile realizate n antier. Exist dou tipuri de buloane, funcie de calitatea oelului: buloane (uruburi) obinuite: asigur transmiterea eforturilor de la o pies la alta a

    mbinrii prin ntinderea tijei sau prin contactul dintre tija urubului i peretele gurii; buloane (uruburi) de nalt rezisten pretensionate (IP): asigur transmiterea

    eforturilor de la o pies la alta a mbinrii prin frecarea care apare ntre piese datorit strngerii excesive a piuliei (cu chei dinamometrice sau cu aparate pneumatice)

  • CONSTRUCII DIN OEL

    16

    NITURILE Au fost mult timp singurul procedeu de asamblare n construciile metalice; n prezent utilizarea lor este foarte redus, datorit timpului lung i mijloacelor de punere n oper complicate. Nitul 'clasic' este alctuit dintr-o tij cilindric din oel moale, avnd un cap n form de calot sferic (cap de aezare). nclzit n prealabil la cca. 10000 C, nitul este introdus n gurile prevzute n piesele de asamblat i presat cu ajutorul unei prese hidraulice sau al unui ciocan pneumatic. Prin aceast operaie materialul plastic umple gaura, formnd totodat cel de-al doilea cap; capul existent este presat cu o pies numit contrabuterol, n timp ce noul cap se formeaz cu ajutorul unei piese similare, numit 'buterol'. Prin rcire, nitul se contract i strnge pachetul de piese. In afara niturilor cu cap semirotund, la mbinarea laminatelor din oel se mai folosesc nituri cu cap necat sau seminecat, nituri cu cap tronconic, nituri cu cap nalt, etc La mbinarea profilelor din table subiri se folosesc: nituri obinuite (cu cap semirotund, plat, tronconic, seminecat), fasonate la rece nituri speciale: nituri tubulare, nituri filetate, nituri-piuli, nituri fasonate cu exploziv. NITURILE AMERICANE Importate din SUA n Europa ctre 1970, sunt fabricate din oel i au aceleai caracteristici ca i buloanele de nalt rezisten. Dup ce a fost aezat n gaura care traverseaz piesele de mbinat, nitul este fixat cu ajutorul unui pistol hidraulic. Fa de nituirea tradiional, operaiunea se efectueaz la rece i necesit accesul ciocanului pneumatic doar dintr-o parte. SUDURA Sudarea se realizeaz prin topirea local a oelului, cu sau fr aport de metal, n aa fel nct s fie reconstituit continuitatea materialului, important pentru transmiterea eforturilor. Aceast 'continuitate reconstituit' este vizibil pe suprafaa structurilor aparente. Sudurile efectuate pe antier trebuie protejate contra coroziunii. Tratamentul termic suferit de material provoac deformaii, contracii interne i modificri ale structurii cristaline a oelului, deci modificri ale proprietilor sale mecanice. Nu toate oelurile sunt sudabile; sudabilitatea depinde de compoziia chimic a aliajului: cu ct oelul conine mai mult carbon, cu att sudarea devine mai delicat. Procedeul curent folosit n construciile metalice este sudura cu arc ce utilizeaz cldura produs de un arc electric pentru a aduce oelul la temperatura sa de topire. Metalul suplimentar, care se prezint sub forma unei baghete (electrod), se topete sub efectul cldurii i umple golul dintre piesele de sudat. mbinrile sudate se execut cu custuri n capete (n adncime) sau de col (n relief). Permind asocierea pieselor fr discontinuiti, sudura reprezint un mod ideal de asamblare; obinerea unor rezultate bune depinde ns esenial de asigurarea unor condiii de execuie foarte precise. Controlul calitii sudurilor se poate face prin mai multe procedee nedistructive, cu grad diferit de precizie (control vizual, cu spray-uri, cu ultrasunete, cu raze x sau gama). Din punct de vedere economic, este preferabil a se evita - pe ct posibil - realizarea de suduri n antier; sudurile se vor concentra astfel la un numr limitat de piese realizate n atelier. ADEZIVII ncleierea constituie un mod de asamblare recent, n plin dezvoltare; teoretic este un mod de asamblare ideal, care nu necesit lucrri ample de pregtire a pieselor i nu produce deformaii n cursul executrii. Exist numeroase tipuri de adezivi, n general din dou componente. ncleierea este nc puin folosit n construciile metalice, lipsind verificarea practic n timp.

  • CONSTRUCII DIN OEL

    17

  • CONSTRUCII DIN OEL

    18

  • CONSTRUCII DIN OEL

    19

  • CONSTRUCII DIN OEL

    20

  • CONSTRUCII DIN OEL

    21

    8. CTEVA REGULI GENERALE PRIVIND CONSTRUCIILE DIN OEL

    Prin caracteristicile sale, oelul ofer o mare libertate de conformare a elementelor structurale i permite realizarea de structuri deosebit de zvelte, cu gabarite reduse i cu punere n oper rapid, prin metode de montaj 'uscat'. Ca atare, domeniul specific de utilizare a oelului este n general caracterizat de cerine deosebite n ceea ce privete solicitrile, greutatea redus, montajul rapid i/sau posibilitatea demontrii: construcii nalte, structuri cu deschideri mari, supraetajri, restaurri de cldiri istorice, construcii provizorii. O construcie metalic rezult din asocierea unor profile i table standardizate, ca buci ale unei cutii montate. Ca atare, a construi din oel presupune a stpni procedeele de mbinare, ce influeneaz n mod considerabil costul construciei. Iat deci unul din motivele pentru care, din toate timpurile, sectorul construciilor metalice a acordat o atenie deosebit tehnicilor de asamblare. In raport cu multitudinea formelor de utilizare pe care le permite oelul, este practic imposibil realizarea unui 'repertoriu' exhaustiv de soluii constructive; este ns nu numai posibil, ci i important a avea n vedere o serie de reguli generale ce permit realizarea structurilor din oel n condiii economice. Experiena arat c autorii proiectului sunt cei care contribuie esenial la realizarea n condiii economice a unei construcii metalice; concepia structurii portante i rezolvrile de detaliu pot conduce la realizarea a cca. 2/3 din economiile posibile. Metodele de preuzinare i modul de montaj orict de raional nu pot reduce semnificativ costul unei construcii concepute de o manier oneroas. Faptul c pot fi realizate economii importante datorit unor detalii constructive bine studiate, constituie o caracteristic a construciilor metalice. La proiectarea unei construcii cu structura din oel este necesar a ine cont nu numai de dimensiunile pe care trebuie s le aib elementele portante, ci i de felul n care sunt realizate 'nodurile', respectiv felul n care elementele structurale se mbin ntre ele. Alegerea tipului de structur i a schemei statice asociate este strns legat de modul de mbinare ntre elementele structurale; pe de alt parte, dimensiunile diferitelor elemente structurale pot fi influenate de caracteristicile 'nodurilor', respectiv ale mbinrilor. In plus, o alegere judicioas a profilelor i a asamblrilor contribuie semnificativ la scderea costului structurii. Arhitectul i inginerul stabilesc n comun concepia construciei i sistemul portant: condiiile de utilizare i eventuale modificri n timp ale construciei, dispunerea stlpilor i grinzilor n raport cu nchiderile i compartimentrile, alegerea unei trame economice i stabilirea nlimii planeului, alegerea profilelor i dimensionarea lor. Exist totodat o multitudine de posibiliti de ameliorare a proiectului prin contribuii ale diverilor parteneri implicai n realizarea construciei (arhitect, inginer de structuri, inginer de instalaii, tehnolog, atelier de construcii metalice, constructor executant), n raport cu misiunile specifice fiecruia i printr-o cooperare interdisciplinar permanent, n care este esenial ca fiecare din specialitii implicai s posede cel puin noiuni elementare proprii celorlalte domenii. O colaborare eficient ntre parteneri este o condiie esenial nu numai n ceea ce privete costurile, dar i pentru asigurarea calitii imaginii obiectului arhitectural, ndeosebi n cazul structurilor aparente. Sintetiznd, se poate spune c, n ceea ce privete proiectarea unei construcii cu schelet din oel, este necesar a avea n vedere - n mod corelat - urmtoarele aspecte: forma raional a elementelor structurale n raport cu diversele situaii de utilizare ce

    determin solicitri specifice; caracteristicile nodurilor, respectiv mijloacele i modalitile de asociere a elementelor

    structurale; tipul de structur i schema static asociat; verificarea prin calcul a rezistenei i stabilitii structurii (exclusiv n sarcina inginerului); alctuirea nchiderilor i compartimentrilor, ca i relaia lor cu structura portant.

  • CONSTRUCII DIN OEL

    22

    9. ELEMENTE STRUCTURALE Unul dintre avantajele oelului ca material de realizare a structurilor portante este marea libertate pe care o permite n conformarea elementelor structurale, fie ele profile laminate utilizate ca atare sau alctuiri compuse, i, pe aceast baz, posibilitatea de a alege forme raionale n raport cu solicitrile la care sunt supuse elementele structurale. Alegerea raional a formelor se bazeaz pe cteva noiuni fundamentale de static i rezistena materialelor. STATICA Orice element structural trebuie s se afle n stare de echilibru sub aciunea forelor exterioare (ncrcri utile, greutate proprie, vnt, etc.) i a legturilor care l menin n poziie (reazeme, ncastrri). SOLICITRI I REZISTEN Transmiterea ncrcrilor implic 'mobilizarea' forelor interne, numite solicitri. Limitele lor (rezistena ultim) sunt determinate de materialele i seciunile utilizate; funcie de solicitarea specific fiecrui element structural (grind, stlp, tirant, etc.) vom avea: rezisten la ncovoiere, rezisten la compresiune, rezisten la ntindere. In toate aceste cazuri, exist o anumit deformaie a elementului structural; aceast deformaie este n general reversibil (se anuleaz cnd dispare ncrcarea). Materialul i manifest astfel ELASTICITATEA i RIGIDITATEA la deformare, prin dou caracteristici: modulul de elasticitate al materialului i caracteristicile seciunii solicitate, respectiv aria (A) i momentul de inerie (I). Alte solicitri care pot aprea: forfecarea (ex. bulonul rezist prin forfecare la efortul exercitat asupra pieselor metalice mbinate); torsiunea (ex. grinzi curbe sau ncrcri excentrice) Toate aceste moduri de a 'rezista' se pot combina pentru a echilibra forele exterioare (spre exemplu, ntr-o grind ncovoiat o parte a ncrcrilor este preluat prin rezisten la forfecare). INCRCRILE Pot fi grupate n mai multe categorii:

    ncrcri statice: greutate proprie, ncrcri utile uniform repartizate sau concentrate, presiunea pmntului sau a apei.

    ncrcri dinamice: vnt, trepidaii ale unor utilaje, vibraii din trafic auto. ncrcri ocazionale: variaii de temperatur, atacuri chimice, contracia

    betonului ncrcri speciale: cutremur, impact, incendiu.

    CARACTERISTICILE MATERIALULUI Se poate demonstra experimental c pentru majoritatea materialelor, i n particular pentru oel, deformaia este proporional cu ncrcarea atta timp ct nu este depit o ncrcare limit ce definete astfel LIMITA ELASTIC. Limita elastic a oelului se numete i limit de curgere, ntruct dincolo de aceast limit se menin deformaii permanente chiar i dup dispariia ncrcrii; dincolo de acest punct metalul se comport deci ca un material plastic. Este evident c n structura unei cldiri nu se admite ncrcarea elementelor pn la limita elastic; este necesar pstrarea unei anumite marje de SIGURAN.

  • CONSTRUCII DIN OEL

    23

    Principiile de baz pentru dimensionarea unei structuri portante sunt: REZISTENA LA SOLICITRI STABILITATEA LOCAL I DE ANSAMBLU A STRUCTURII LIMITAREA DEFORMAIILOR

    Aceste trei aspecte condiioneaz posibilitatea de utilizare a unei structuri; dac una din cele trei condiii nu este respectat, construcia rezult inutilizabil. REZISTENA I STABILITATEA STRUCTURII Verificarea rezistenei i stabilitii (sau verificarea siguranei structurale) presupune a demonstra c solicitrile rezultate din ncrcri, multiplicate cu un coeficient de siguran, nu depesc rezistena ultim a structurii i a elementelor sale. Problema stabiltii se refer la stabilitatea general a structurii, la prevenirea flambajului i a rsucirii elementelor comprimate i respectiv ncovoiate, ca i la voalarea (ieirea din planul propriu) a unor pri de seciune. Exemplul cel mai frecvent ntlnit l constituie barele comprimate. (Problema stabilitii de ansamblu este tratat ntr-un capitol separat) Stabilitatea barelor comprimate. Flambajul. In cazul elementelor de structur solicitate la compresiune, deformaiile nu joac n general un rol determinant; n schimb poate apare un alt fenomen: FLAMBAJUL, ca form de instabilitate proprie elementelor comprimate zvelte. Aceast zveltee depinde de lungimea liber a elementului (lungimea de flambaj) i de mprtierea materialului n seciune. Astfel, cu ct elementul este mai zvelt (lungime de flambaj mare i/sau material concentrat n centrul seciunii), cu att ncrcarea la care elementul comprimat i pierde stabilitatea va fi mai mic. Profilul ideal (cel mai economic) rezult a fi eava rotund, profilul care asigur stabilitatea la flambaj cu cel mai mic consum de material, mprtiat radial n toate direciile. (v. fig. - bare comprimate: clasament al diverselor seciuni posibile, n ordinea eficienei economice) LIMITAREA DEFORMAIILOR Verificarea aptitudinii de serviciu presupune a demonstra c deformaiile corespunztoare ncrcrilor reale din exploatare nu vor depi valori acceptabile pentru utilizarea cldirii. Este cazul general al elementelor ncovoiate. Restricia privind deformaiile trebuie avut n vedere cu atenie special atunci cnd elemente fragile dar rigide (ex. perei din crmid) reazem pe elemente ncovoiate (grinzi, plci). Deformarea barelor ncovoiate. Sgeata. Pentru un anumit material - n cazul de fa oelul - solicitat la ncovoiere, cu un anumit modul de elasticitate, singurul factor care influeneaz deformaia este forma seciunii, respectiv 'mprtierea' materialului pe direcia de ncovoiere (sgeata unei grinzi va fi cu att mai mic cu ct materialul este mai 'mprtiat' pe vertical). Pentru aceeai greutate (acelai consum de material), profilul de grind cel mai rigid este cel la care materialul este plasat cel mai departe de centrul de greutate al seciunii. In condiii de rigiditi egale, cel mai economic profil de grind (cu cel mai mic consum de material) este cel dezvoltat pe nlime. (v. fig. - bare ncovoiate: comparaie ntre diverse profile de grinzi)

  • CONSTRUCII DIN OEL

    24

    BARE COMPRIMATE CLASAMENT N ORDINEA EFICIENEI1 ( pentru lungimea de flambaj = 3,50m; ncrcare 600 kN = 60 t; OL 37 )

    aceeai stabilitate la flambaj / consum diferit de material BARE NCOVOIATE PROFILE CU ACEEAI RIGIDITATE / CONSUM DIFERIT DE MATERIAL1

    PROFILE CU ACELAI CONSUM DE MATERIAL / RIGIDITI DIFERITE1

    Consecin practic: n condiii economice, elementele ncovoiate trebuie s fie ct mai nalte (circa 1/15 1/20 din deschidere).

    1 Dup *** Construire en acier ... Comment? Centre Suisse de la Construction Mtalique, Zurich, 1988.

  • CONSTRUCII DIN OEL

    25

    STLPII: VARIANTE DE ALCTUIRE Stlpii sunt caracterizai n principal de solicitarea la compresiune; ei sunt proiectai i verificai acordnd atenie riscului de flambaj. Ca atare este oportun alegerea unor seciuni transversale care, pentru aceeai cantitate (arie) de material, s l distribuie ct mai departe de centrul geometric al seciunii. Stlpii pot fi obinui dintr-un unic profil laminat I (a) sau H (b - acolo unde exist astfel de laminate), din eav cu seciune circular (c) sau rectangular (d), sau din asocierea mai multor profile i/sau table pentru a forma seciuni compuse (e, f, g, h). Utilizarea stlpilor cu seciuni compuse se poate dovedi judicioas n legtur cu exigene privind trasee verticale de instalaii. Alegerea tipului de stlp are la baz considerente de ordin static (arie necesar n raport cu ncrcrile, stabilitate la flambaj), precum i exigene legate de execuie, respectiv facilitatea realizrii mbinrii cu grinzile i contravntuirile.

  • CONSTRUCII DIN OEL

    26

    GRINZILE: VARIANTE DE ALCTUIRE GRINZI CU INIMA PLIN Grinzile sunt caracterizate de solicitarea compus din ncovoiere + forfecare; forma cea mai raional a seciunii este cea n I. Se folosesc profile laminate I (a) sau H (b - acolo unde exist astfel de laminate), eventual ranforsate cu platbande sudate (c). Din profile I pot fi obinute grinzi cu nlime majorat prin decuparea i sudarea decalat a inimii (d - grinzi 'expandate'). Pentru grinzi de bordaj sau de planeu se folosesc i profile U, cte unul (e) sau cte dou cuplate (f), eventual ranforsate cu platbande (g). Atunci cnd nu se gsete un profil adecvat, se poate recurge la seciuni compuse din laminate sudate (h, i, j) care, n cazul unei nlimi mari, trebuie s aib inima rigidizat cu nervuri ce mpiedic 'voalarea' (k).

  • CONSTRUCII DIN OEL

    27

    GRINZILE: VARIANTE DE ALCTUIRE GRINZI RETICULARE (sau IN ZBRELE) Greutatea grinzilor cu inima plin poate ajunge destul de mare atunci cnd, din motive de rezisten sau rigiditate, grinda trebuie s aib o nlime considerabil. In acest caz este preferabil utilizarea de grinzi reticulare sau n zbrele. Grinda reticular (a, b) este constituit n esen din dou 'tlpi', una superioar i alta inferioar, asociate prin bare de inim montani i/sau diagonale - n dreptul nodurilor. mbinrile pot fi realizate cu suduri, nituri sau buloane. Tlpile i barele de inim sunt realizate de cele mai multe ori din profile laminate (L, U - de regul duble, pentru a obine seciuni transversale cu cel puin o ax de simetrie) asamblate prin diverse modaliti. Nodurile sunt n general realizate cu ajutorul unor gusee (c - i). Tlpile i barele de inim pot fi realizate i din evi, cu seciune circular sau rectangular, mbinate direct, prin sudur (j).

  • CONSTRUCII DIN OEL

    28

    Din punct de vedere al comportrii, se poate considera c tlpilor le revine sarcina prelurii ncovoierii, n timp ce barele de inim preiau forfecarea. Grinzile pot avea tlpi paralele sau talpa superioar poate fi nclinat; barele de inim pot fi dispuse n diverse moduri, rezultnd diverse scheme statice (k - q). In cazul schemei n V (k), barele de inim au toate aceeai lungime, dar, pentru o anumit situaie de ncrcare, unele rezult ntinse i altele comprimate. In cazul schemei n N (l), pentru ncrcri gravitaionale diagonalele (barele nclinate) sunt ntinse iar montanii (barele verticale) sunt comprimate: lungimea mai mic a elementelor comprimate este favorabil pentru asigurarea stabilitii (prevenirea flambajului). Schema (m), cu diagonale n cruce, este folosit frecvent n structurile de contravntuire (la ncrcri orizontale, diagonalele sunt alternativ ntinse i comprimate). Dac talpa superioar este nclinat, structura reticular este n general denumit ferm. Fermele sunt folosite pentru realizarea acoperiurilor (n - q).

    Alegerea unui anumit tip de schem i a modalitilor de realizare depinde de cerinele funcionale i statice ce trebuie ndeplinite. Schemele [n - q] sunt indicate pentru acoperiuri cu planuri nclinate, n timp ce schemele [k - m] pot fi folosite nu numai pentru acoperiuri (plate) ci i pentru alte structuri: pasarele pietonale, poduri, etc. Din punct de vedere al exigenelor de ordin static, tipurile [a - b] i [j] sunt adecvate pentru grinzi reticulare uoare; celelalte tipuri [k - q] sunt potrivite pentru lucrri mai ample. Prezena guseelor n alctuirea nodurilor (c - i), chiar dac nu este necesar n cazul unor tlpi cu inimi nalte i puin solicitate, este totui oportun din motive constructive.

  • CONSTRUCII DIN OEL

    29

    Oricare ar fi tipul adoptat, trebuie respectate urmtoarele CRITERII general valabile: axele centrelor de greutate ale profilelor

    ce intervin ntr-un nod trebuie s fie concurente ntr-un unic punct; acest punct constituie articulaia structurii reticulare de referin; mai mult, mbinrile trebuie astfel dimensionate nct centrul de greutate al suprafeelor rezistente (buloane, nituri, suduri) s se gseasc pe axa centrului de greutate al profilului mbinat.

    grinzile secundare (panele) care transmit ncrcri concentrate structurii reticulare trebuie dispuse n dreptul nodurilor, corespunztor punctului de intersecie a axelor profilelor

    seciunea transversal este de regul simetric fa de un ax vertical; ca atare, pentru tlpi diagonale i montani, se prefer fie profile simetrice (T, I), fie profile duble (2 U, 2 L).

  • CONSTRUCII DIN OEL

    30

    PANELE Panele sunt grinzi secundare care transmit ncrcrile din nvelitoare ctre fermele de acoperi; se realizeaz de regul din profile I sau U. Dac profilele sunt fixate cu axa principal perpendicular pe talpa nclinat a fermei, ele sunt solicitate la o ncovoiere deviat n raport cu direcia normal, cu o influen semnificativ dac panta acoperiului este mai mare de 100; aceast solicitare particular face necesar o supradimensionare a profilului (este necesar un profil mai nalt dect n cazul unei grinzi orizontale pe aceeai deschidere). Ca atare, n cazul unor deschideri importante, este oportun adoptarea unor msuri menite s reduc influena nclinaiei acoperiului, i anume: - montarea panelor cu axa principal vertical, astfel nct s nu existe ncovoiere deviat cel

    puin pentru ncrcrile verticale, de regul cele mai semnificative; aceast soluie complic ns mult problema mbinrii dintre pan i talpa superioar a ferme; sau

    - reducerea deschiderii panelor prin legarea lor cu tirani dispui n planul nvelitorii; reprezint soluia cea mai simpl; tiranii, realizai din bare filetate la capete i fixate la jumtatea nlimii panelor, formeaz astfel reazeme intermediare care submpart deschiderea de calcul a panelor: n trei pri sau, la deschideri mai mici, n dou pri.

  • CONSTRUCII DIN OEL

    31

    10. NODURI NTRE ELEMENTE STRUCTURALE mbinrile (nodurile) ntre elementele structurale (stlpi, grinzi, fundaii) trebuie concepute n raport cu dou categorii de exigene: exigene de ordin static, privind corecta transmitere a solicitrilor; exigene de execuie, privind facilitatea montajului.

    NODURI GRINZI - STLPI Din punct de vedere static, exist dou tipuri fundamentale: noduri de tip articulaie (capabile s transmit de la grind la stlp numai forfecarea) i noduri de tip ncastrare (sau noduri rigide, capabile s transmit stlpului i forfecarea, i ncovoierea); cele dou moduri de comportare sunt condiionate de modul de realizare a nodului i influeneaz schema static de ansamblu, deci alegerea unui anumit tip de structur a cldirii.

    NODURI ARTICULATE - exemple Asamblri realizate prin bulonare.

    GRINDA ASAMBLAT PE GRINDA ASAMBLAT PE INIMA STLPULUI TALPA STLPULUI

  • CONSTRUCII DIN OEL

    32

    NODURI RIGIDE - exemple Asamblare realizat cu buloane + suduri (a, b, c), numai cu suduri (d, g) sau numai cu buloane. Stlp continuu i grinda ntrerupt (g, i); grind continu i stlp ntrerupt (h); stlp i grind continue (l, m). Asamblri cu flane (i, j, k).

  • CONSTRUCII DIN OEL

    33

    In alctuirea nodului rigid (capabil s transmit stlpului ncovoierea din grind) este util a ine cont de urmtoarele CRITERII:

    este oportun dispunerea majoritii buloanelor n vecintatea tlpii ntinse a grinzii, n rnduri de cte dou; buloanele din zona tlpii ntinse trebuie dispuse simetric, sub i deasupra tlpii;

    trebuie prevzute coaste orizontale, de regul avnd grosime egal cu cea a tlpilor grinzii i poziionate la aceeai cot cu acestea, pentru a mpiedica deformarea tlpii stlpului pe care se prinde grinda;

    n unele situaii, cnd panoul delimitat n cadrul inimii stlpului de coastele orizontale sus-menionate nu poate prelua ncovoierea transmis de grind, este necesar prevederea unor coaste diagonale de rigidizare a respectivului panou.

    NODURI NTRE GRINZI Se refer la mbinrile dintre grinzi secundare i principale, i trebuie s respecte aceleai categorii de exigene, de ordin static i de montaj, ca i n cazul anterior. i mbinrile ntre grinzi pot fi capabile s transmit numai forfecarea (noduri articulate) sau forfecarea + ncovoierea (noduri rigide, de tip ncastrare). Nodul de tip articulaie transmite forfecarea de la inima grinzii secundare ctre inima grinzii principale. NODURI ARTICULATE exemple

  • CONSTRUCII DIN OEL

    34

    Posibiliti de asamblare

    Detaliu de nod articulat. Asamblare cu dou corniere + buloane.

    NODURI RIGIDE exemple

    Detaliu de nod rigid. Asamblare cu buloane.

  • CONSTRUCII DIN OEL

    35

    NODURI STLP - FUNDAIE Stlpii din oel sunt n general fixai la baz pe fundaii din beton. Exigena de a reduce eforturile de la valori acceptabile pentru oel (de ordinul a 15-20 kg/mm2) la valori acceptabile pentru beton (de ordinul a 1 kg/mm2), face indispensabil interpunerea unei plci de distribuie (plac de rezemare sau de ancorare). O exigen particular n ceea ce privete ancorajele oel - beton, decurge din diferena de ordin de mrime a toleranelor acceptate n cele dou sectoare de construcii, respectiv fundaii i structuri metalice. Problemele pot fi rezolvate cu un sistem de plac dubl (sau plac i contraplac): una dintre plci este ancorat n fundaie, cea de-a doua este asociat bazei stlpului. Eventualele (probabilele) jocuri excesive din punct de vedere al structurii din oel sunt compensate prin modul de realizare a legturii dintre cele dou plci, ce permite reglarea poziiei stlpului fa de fundaie nu numai n plan orizontal, ci i pe vertical, inclusiv nclinaia.

  • CONSTRUCII DIN OEL

    36

    Din punct de vedere static, ancorarea stlpului la baz este conceput n raport cu solicitrile pe care trebuie s le transmit fundaiei; pot fi astfel difereniate dou categorii majore de ancoraje: articulaii i ncastrri, cu implicaii asupra schemei statice de ansamblu. ARTICULAII n acest caz se consider c stlpul transmite fundaiilor numai ncrcri verticale (compresiune). Modul cel mai simplu de realizare este cel care const n a suda la baza stlpului o plac din oel prevzut cu dou (sau patru) guri; aceast plac este asociat la fundaii prin intermediul a dou (sau patru) buloane cu tija special conformat pentru ancorare (v. imaginile de mai sus). Dac stlpul transmite fundaiilor numai o for normal de compresiune, tijele de ancorare ar putea fi considerate inutile: n realitate ele sunt indispensabile att pentru o mai bun legtur stlp-fundaie, ct i pentru facilitarea poziionrii stlpului n faza de montaj. In acest caz, dimensionarea tijelor de ancorare poate fi fcut n manier empiric (prin aproximarea eforturilor de forfecare funcie de ncrcarea vertical). Dimensionarea suprafeei plcii se face n aa fel nct aceasta s poat asigura o repartiie ct mai uniform a presiunii de contact pe betonul fundaiei; n acest scop placa trebuie s fie suficient de rigid i uneori este necesar prevederea unor nervuri de rigidizare. Grosimea minim a plcii este determinat din considerente de rezisten, respectiv n aa fel nct valorile eforturilor rezultate din ncrcri s nu depeasc rezistena admisibil; orice supliment de grosime a plcii este n avantajul rigiditii sale. O legtur de acest tip este simplu de realizat, dar este, evident, departe de a fi o articulaie ideal; se consider totui acceptabil (ntruct eforturile din ncovoiere care pot aprea sunt neglijabile) i reprezint soluia cel mai frecvent folosit. In cazuri particulare, se poate recurge la dispozitive care reproduc mai bine articulaia ideal.

    NCASTRRI In acest caz stlpul transmite fundaiilor o for normal de compresiune i un moment de rsturnare (ncovoiere). Funcie de raportul dintre cele dou componente, la nivelul plcii de rezemare pot aprea, n afara eforturilor de compresiune, eforturi de ntindere (traciune) care tind s desprind placa de blocul de beton; aceste eforturi de traciune trebuie s poat fi preluate de tijele de ancorare precum i de partea din suprafaa de contact a plcii pe beton care rezult comprimat. Ca atare este necesar o dimensionare atent a tijelor de ancorare i a suprafeei plcii de rezemare; grosimea minim a plcii se stabilete din considerente de rezisten (analog cazului stlpului comprimat centric) i, dup cum s-a mai artat, este oportun rigidizarea sa suplimentar, inclusiv cu nervuri.

  • CONSTRUCII DIN OEL

    37

    In ceea ce privete ancorarea tijelor, dac eforturile de traciune (ntindere) nu sunt foarte importante, este suficient aderena ntre suprafaa tijei (dimensionat corespunztor) i beton.

    In situaii de importan major, cnd nu se poate conta numai pe aderena dintre tija de ancorare i beton, eforturile din tij sunt transmise masei de beton prin intermediul unor dispozitive speciale: ancoraje cu profile din oel nglobate n beton (a, b) sau cu tuburi ondulate (c) care, mrind suprafaa de contact, cresc valoarea eforturilor transmisibile.

  • CONSTRUCII DIN OEL

    38

    11. CONCEPIA DE ANSAMBLU A STRUCTURII Alegerea structurii portante influeneaz considerabil concepia global a unei cldiri. Structura major a cldirii nu va putea fi deci valabil determinat dect simultan cu definirea poziiei faadei, a compartimentrilor, a nodurilor de circulaie i a instalaiilor, n raport cu elementele portante. Astfel, tramei structurale - definit prin deschiderile i poziiile stlpilor - i se va integra sau suprapune o tram secundar determinnd poziiile elementelor de nchidere, de compartimentare, a tavanelor suspendate i a spaiilor necesare pentru trecerea instalaiilor. De alegerea judicioas a acestei trame secundare va depinde nu numai aspectul arhitectural, ci i execuia raional i economic a construciei. Structurile cldirilor au n general mai multe niveluri (cu excepia halelor) iar grinzile vor trebui s suporte ncrcrile plcilor, pe care le transmit elementelor portante verticale; acestea, la rndul lor, transmit n mod cumulat ncrcrile ctre fundaii. Din punct de vedere al modului de preluare a forelor orizontale (vnt, seism) se pot distinge dou mari categorii de construcii cu structur metalic: - Construcii cu cadre rigide; - Construcii cu cadre articulate

    A. CONSTRUCII CU CADRE RIGIDE Sunt construcii la care nodurile dintre stlpi i grinzi sunt rigide, putnd prelua ncovoierea i transmite astfel de la grind ctre stlp solicitrile aprute din aciuni orizontale; practic toate elementele portante, orizontale i verticale, particip deopotriv la preluarea eforturilor din ncrcri verticale i orizontale. Construciile cu noduri rigide reprezint un tip de structur ce pn de curnd a fost frecvent folosit n SUA, la realizarea unor cldiri-turn foarte zvelte, fr contravntuiri. Ultimele cutremure au pus ns sub semnul ntrebrii acest tip de structur, ntruct sub aciunea seismic puternic nodurile au cedat; ca atare, orientrile actuale asociaz acestui tip de structur elemente de contravntuire specializate, care s preia parial aciunile orizontale.

    B. CONSTRUCII CU CADRE ARTICULATE Structurile din oel au particularitatea de a fi structuri montate, respectiv realizate prin asamblarea n antier a unor elemente produse n prealabil n alt parte dect locul de execuie a cldirii. De regul se urmrete ca operaiunile de asamblare s fie ct mai simple, att din motive economice, ct i din motive tehnologice; condiiile normale de lucru n antier fac s fie costisitoare (i nu ntotdeauna sigure ca efect) procedeele ce tind s realizeze noduri complicate menite s refac n oper continuitatea unor elemente produse separat (noduri rigide). Pe de alt parte, nodurile simple, ce pot fi realizate n mod convenabil n antier, fac ca structura n ansamblul su s fie puin stabil: n situaia - ideal din punct de vedere al execuiei - n care toate mbinrile ar fi de tip articulaie, construcia ar rezulta de-a dreptul instabil. Pentru a nu renuna la avantajele simplitii constructive a nodurilor de tip articulaie i a asigura totui stabilitatea de ansamblu a construciei, se practic utilizarea unor elemente cu funciune specific de contravntuire, menite s mpiedice deplasrile relative ntre noduri i deformaiile excesive.

    } SISTEMELE DE CONTRAVNTUIRE n raport cu rolul particular ndeplinit, contravntuirile se mpart n dou categorii: contravntuiri verticale i contravntuiri orizontale. Contravntuirile verticale au rolul de a prelua forele orizontale, datorate vntului sau cutremurelor, i de a le transfera la nivelul fundaiilor. In acest mod, celelalte elemente portante din oel (grinzi i stlpi) trebuie s suporte doar ncrcrile verticale, iar mbinrile dintre ele pot avea simplitatea dorit.

  • CONSTRUCII DIN OEL

    39

    Contravntuirile verticale pot fi realizate n diverse moduri:

    Cu elemente rigide plane (diafragme): - perei din b.a. (sau eventual din zidrie, la construcii mici); - panouri cu structur reticular din oel. In plan sunt necesare cel puin trei contravntuiri, n plane neconcurente, dintre care dou pot fi paralele i al treilea perpendicular pe primele dou.

    Cu elemente rigide spaiale, numite tuburi, ce grupeaz de regul circulaiile verticale (scri, ascensoare); acestea pot fi:

    - tuburi din b.a. (eventual din zidrie, la construcii mici); - tuburi cu structur reticular din oel.

    Este de remarcat faptul c n cazul altor tipuri de structuri (din beton armat, din zidrie) nu este necesar prevederea unor elemente cu funciune specific de contravntuire, aceast funciune putnd fi ndeplinit de nsi elementele portante (cadre, perei), rigide prin natura lor; n schimb probleme similare apar n cadrul construciilor cu schelet din lemn. Pentru ca elementele de contravntuire s nu devin 'un ru necesar' cu efecte perturbatoare asupra compoziiei arhitecturale, alegerea sistemului trebuie fcut nc de la nceputul studiului structurii cldirii. Zbrelele din oel, cu geometrii diverse (n X, K, A, etc) avnd ca regul comun crearea de triangulaii nedeformabile, reprezint elementul de contravntuire cel mai frecvent utilizat; pot fi integrate faadelor (v. IBM - Pittsburg, World Trade Center - New York, etc), ceea ce face indispensabil studiul integrat, nc de la nceputul concepiei cldirii, al problemelor structurale, estetice, de izolare termic i fonic. Contravntuirile orizontale au rolul de a limita deformaiile structurii metalice i de a permite transmiterea forelor orizontale ctre contravntuirile verticale. Sunt structuri rigide plane (diafragme sau 'aibe' orizontale) i pot fi realizate din:

    - dale de b.a. sau dale cu elemente ceramice i b.a. (reproducnd astfel ceea ce exist de la sine n structurile de b.a. i zidrie);

    - structuri reticulare orizontale (sau nclinate, n cazul acoperiurilor cu pante) din oel, n general cu elemente dispuse n cruce; de regul, n cazul planeelor, aceste structuri reticulare au ca tlpi i montani grinzile principale i, respectiv, cele secundare; n cazul acoperiurilor nclinate, tlpile i 'montanii' sunt constituii de pane i,

    - respectiv, tlpile superioare ale fermelor.

    DIVERSE MODALITI DE PRELUARE A FORELOR ORIZONTALE Ilustrare schematic a comportamentului unor diverse tipuri de structuri metalice: a) Cu perei rigizi din b.a.; b) Cu contravntuiri reticulare; c) Cu noduri rigide. (Pentru simplificare, reprezentarea ia n considerare o unic direcie de aciune a forei orizontale, ntr-un singur plan)

  • CONSTRUCII DIN OEL

    40

    CADRE RIGIDE NODURI RIGIDE ntre elementele structurale principale: transmiterea eforturilor din elementele orizontale ctre cele verticale se face prin ncovoiere. Toate elementele (orizontale i verticale) particip la preluarea ncrcrilor verticale i orizontale (vnt, seism).

    CADRE ARTICULATE ASOCIATE CU UN TUB DE B.A. Tubul de b.a. preia ncrcrile orizontale. Dou variante funcie de modul de execuie: [a] Tub de b.a. turnat naintea montrii scheletului metalic. Soluie economic, n special n condiiile folosirii de cofraje glisante. [b] Tub de b.a. turnat dup montarea scheletului metalic. Permite nchiderea rapid a cldirii (montarea faadelor simultan cu turnarea tubului). Necesit contravntuiri provizorii.

  • CONSTRUCII DIN OEL

    41

    CADRE ARTICULATE + CONTRAVNTUIRI RETICULARE

  • CONSTRUCII DIN OEL

    42

    CONTRAVNTUIRE CU TUBURI DIN BETON ARMAT

    Schema static longitudinal n dreptul tuburilor

    Schema static transversal

  • CONSTRUCII DIN OEL

    43

    CONTRAVNTUIRE VERTICAL RETICULAR CU BARE DE OEL

    Schem de dispunere a contravntuirilor verticale

    Schem static longitudinal

    pentru din seciune

    Schem static transversal

  • CONSTRUCII DIN OEL

    44

    SCHEMA DE FUNCIONARE A CONTRAVNTUIRILOR Dispunerea barelor n cruce face posibil utilizarea unor profile cu seciuni foarte mici: oricare ar fi direcia forei orizontale, una din diagonale rezult ntins; capacitatea portant a rigidizrii este dat de rezistena la ntindere, care constituie criteriul de dimensionare a barelor.

    Contravntuiri orizontale

    Contravntuiri verticale

    SCHEM DE DISPUNERE A CONTRAVNTUIRILOR LA O STRUCTUR DE ACOPERIRE

  • CONSTRUCII DIN OEL

    45

    DETALII DE MBINARE LA CONTRAVNTUIRILE VERTICALE - exemple mbinare ntre bare de contravntuire i stlp (a, b); mbinare ntre bare n cruce (c, d); mbinare ntre stlp, grind i bar de contravntuire (e)

    DETALII DE MBINARE LA CONTRAVNTUIRILE ORIZONTALE - exemple mbinare ntre grind principal, grind secundar i bar de contravntuire (a); mbinare ntre stlp, grinzi i bar de contravntuire (b); mbinare ntre bare de contravntuire i grind (c); mbinare ntre grind principal, grind secundar i bar de contravntuire (d).

  • CONSTRUCII DIN OEL

    46

    SCHEME STRUCTURALE

    La scheletele articulate seciunile i sgeile grinzilor rezult mai mari dect n cazul nodurilor rigide (cu rezemare prin ncastrare). Seciunile stlpilor sunt mai mici dect cele necesare n cazul mbinrilor cu ncastrare. Atunci cnd raportul L/H este mic ( L= deschiderea grinzilor i H = nlimea de etaj), scheletele articulate rezult mai uoare dect cele cu noduri rigide. Variantele [2], [3] i [4] cu grinzi continui sunt mai economice dect varianta [1]. Avantajele: montaj simplu; calcul de stabilitate a stlpilor simplu ( static determinai ). Dezavantaje: profilele grinzilor cu nlime mai mare determin nlimi mai mari de etaj; ca atare ncrcarea total a construciei devine mai mare.

  • CONSTRUCII DIN OEL

    47

    SCHEME STRUCTURALE

    La scheletele articulate seciunile i sgeile grinzilor rezult mai mari dect n cazul nodurilor rigide (cu rezemare prin ncastrare). Seciunile stlpilor sunt mai mici dect cele necesare n cazul mbinrilor cu ncastrare. Atunci cnd raportul L/H este mic ( L= deschiderea grinzilor i H = nlimea de etaj), scheletele articulate rezult mai uoare dect cele cu noduri rigide. Variantele [2], [3] i [4] cu grinzi continui sunt mai economice dect varianta [1]. Avantajele: montaj simplu; calcul de stabilitate a stlpilor simplu ( static determinai ). Dezavantaje: profilele grinzilor cu nlime mai mare determin nlimi mai mari de etaj; ca atare ncrcarea total a construciei devine mai mare.

  • CONSTRUCII DIN OEL

    48

    SCHEME STRUCTURALE

    mbinrile ntre grinzi i stlpi sunt rigide (ncastrri); stlpii sunt ncastrai n fundaii. Ansamblul sistemului rezult multiplu static nedeterminat, ca atare calculele de stabilitate sunt complicate. Atunci cnd raportul L/H este mare ( L= deschiderea grinzilor i H = nlimea de etaj), scheletele rigide rezult mai uoare dect cele cu noduri articulate. Seciunea grinzilor este mai mic dect n cazul scheletelor articulate, deci nlimea de etaj i ncrcrile totale rezult mai mici. Varianta [6] este mai economic dect varianta [5]; implic ns calcule foarte complicate.

  • CONSTRUCII DIN OEL

    49

    12. PLANEE

    PLANEE CERAMICE

    PLANEE CU NERVURI DIN BETON ARMAT PRECOMPRIMAT

    PLANEU CU PREDAL I SUPRABETONARE

  • CONSTRUCII DIN OEL

    50

    PLANEE CU PLAC DE BETON ARMAT Profilul de oel al grinzii poate fi complet nglobat n beton, sau poate iei n afara prii inferioare a plcii; conlucrarea dintre placa de b.a. i grinda metalic se realizeaz prin prevederea unor legturi cu gujoane metalice care s mpiedice lunecarea reciproc ntre cele dou elemente.

    Plac turnat in situ

    Plac prefabricat

    Rezemare n cmpul plcii Rost ntre prefabricate

    PLANEE CU TABL CUTAT Sunt constituite din tabl de oel cu grosimi de 0.5 - 1.5 mm, format la rece, i o dal de beton turnat peste tabl; funcie de deschidere, tabla cutat reazem fie direct pe grinzile principale, fie pe grinzi secundare (v. schema de mai jos). Tabla este zincat, ceea ce i asigur o protecie suficient n condiii de umiditate normal. Pentru forme, nlimi, lungimi, accesorii, finisaje, precum i deschideri admise, trebuie de regul consultat documentaia productorului.

  • CONSTRUCII DIN OEL

    51

    PLANEE CU TABL CUTAT

    Cutarea crete rigiditatea tablei i deschiderea pe care o poate acoperi; tabla cutat servete ca platform de lucru n timpul execuiei i drept cofraj pentru turnarea betonului. Panourile de tabl sunt fixate de grinzile suport prin puncte de sudur ptrunse prin tabl. Panourile se mbin ntre ele de-a lungul marginilor, cu uruburi sau suduri. Dac placa trebuie s serveasc drept diafragm (rigidizare) orizontal, perimetrul tablei trebuie sudat de reazemele din oel. Exist 3 variante: A. Plac de b.a. cu cofraj pierdut din

    tabl Tabla cutat servete drept cofraj pierdut pentru o plac de b.a.; naintea turnrii betonului, se dispune peste tabl o reea de bare sudate; tabla cutat susine betonul pn cnd acesta se ntrete i dobndete capacitate portant. B. Plac mixt oel - beton Tabla cutat servete ca armtur (capabil s preia ntinderile) a plcii de beton; aderena ntre tabl i beton trebuie asigurat mecanic (striuri n tabl, gujoane). Conlucrarea cu grinzile metalice se realizeaz cu gujoane de oel sudate prin tabl de profilul grinzii. C. Plac alveolar Sunt plci foarte uoare, relativ scumpe, ce pot acoperi deschideri pn la 4.50 m. Ridic probleme n cazul unor ncrcri concentrate peste 300 kg. Se realizeaz prin sudarea unei table cutate de una plan, sau a dou table cutate ntre ele. Spaiul creat poate fi folosit ca traseu pentru cabluri electrice i de comunicaii; n anumite cazuri alveolele pot fi folosite drept canale de ventilaie. Necesit de regul un plafon suspendat absorbant fonic.

  • CONSTRUCII DIN OEL

    52

    Planee cu tabl cutat pentru acoperiuri: In cazul planeelor de acoperi, betonul poate fi suprimat i izolaia termic aezat direct pe tabla cutat, rezultnd o alctuire foarte uoar dar cu slab inerie termic i izolare acustic. In general necesit contravntuire orizontal complementar.

    GRINZILE SECUNDARE Alegerea grinzilor secundare este dictat pe de o parte de considerente de ordin static (deschideri, ncrcri, sgeat admisibil) i, pe de alt parte, de exigene privind traseele instalaiilor i finisajele (grinzi aparente sau tavan suspendat). Pot fi realizate din: profile laminate profile de tabl subire grinzi n zbrele

    GRINZI DIN PROFILE LAMINATE - Profile cu nlimea minim Grinzi H (profil unic sau compus din table groase sudate) Posibiliti limitate de realizare a unor strpungeri prin inim (max. h/3). Existena unor trasee orizontale de instalaii presupune de regul prevederea unui spaiu sub grinzi, mascat de un tavan suspendat. Deschideri recomandate: max. 6 - 7 m. - Profile nalte Grinzi I (profil unic sau compus) Posibiliti de decupare a sistematic a 'inimii' cu goluri hexagonale sau circulare (max. h/2), sau grinzi 'expandate'. Golurile uureaz planeul i permit trecerea unor trasee de instalaii. Tavanul suspendat poate fi poziionat la limita tlpii inferioare, cu prevederea unor profile speciale (tabl zincat, lemn) pentru fixare. Deschideri recomandate: max. 9 m la planee curente de cldiri etajate max. 16 m la planee de acoperi GRINZI DIN PROFILE DE TABL SUBIRE Sunt profile deschise, obinute prin formarea la rece a tablelor subiri. Pot avea inima perforat, ceea ce reduce greutatea grinzilor i permite trecerea cablurilor electrice i a unor evi de instalaii cu gabarit redus. Schema de planeu este foarte asemntoare planeelor cu grinzi de lemn. Planeele rezultate sunt economice, uoare, necombustibile i protejate anticoroziv. Deschideri recomandate: max. 6 - 7 m. GRINZI N ZBRELE Permit trecerea instalaiilor printre montani i diagonale; sunt suficient de rigide dac nlimea grinzii atinge 1/10 din deschidere; planeele rezultate sunt uoare i economice. Deschideri recomandate: peste 10 m.

  • CONSTRUCII DIN OEL

    53

    PLANEE CU GRINZI SECUNDARE DIN PROFILE DE TABL SUBIRE

    Tabelul urmtor poate fi folosit pentru o dimensionare preliminar, orientativ. Pentru dimensiunile exacte, detalii specifice, deschideri disponibile i ncrcri admisibile, trebuie consultat documentaia productorului.

    Deschideri (m)

    H profil (cm)

    Interax (m)

    3.00 3.60 4.20 4.80 5.40 6.00 6.60 0.40 2 2 2 2 2 0.60 2 2 2 2 2

    20 cm

    1.20 2 2 2 2 2 0.40 2 2 2 0.60 2 2 2

    22.5 cm

    1.20 2 2 2 0.40 2 2 2 2 2 0.60 2 2 2 2 2

    25 cm

    1.20 2 2 2 2 2 0.40 2 2 0.60 2 2

    30 cm

    1.20 2 2 NOT: Pentru un anumit profil, cu ct crete interaxul grinzilor i deschiderea, se reduc ncrcrile admisibile. Spre exemplu, considernd ca baz de comparaie un planeu cu profile de 20 cm la interax de 0.40 m i deschideri de 3.00 m, ncrcarea capabil se reduce la cca. 1/4 n cazul majorrii deschiderii la 5.40 m; n cazul n care se majoreaz interaxul la 1.20 m, pstrnd deschiderea de 3.00 m, ncrcarea capabil se reduce la cca. 1/3; n cazul n care se majoreaz i interaxul i deschiderea la 1.20 m i respectiv 5.40 m, ncrcarea capabil se reduce la cca. 1/14.

  • CONSTRUCII DIN OEL

    54

    PLANEE CU GRINZI SECUNDARE DIN PROFILE DE TABL SUBIRE

  • CONSTRUCII DIN OEL

    55

    PLANEE CU GRINZI SECUNDARE N ZBRELE Sunt prefabricate n ateliere i, de regul, sunt standardizate ca lungimi, nlimi i capaciti portante. Standardizarea dimensiunilor impune utilizarea unei trame regulate. Sistemul funcioneaz cel mai eficient n condiii de ncrcare uniform distribuit. Condiiile de rezemare a tlpii superioare limiteaz consolele. La deschideri peste 10 m constituie o alternativ economic. Permit trecerea traseelor de instalaii printre barele de inim.

  • CONSTRUCII DIN OEL

    56

    PLANEE CU GRINZI SECUNDARE N ZBRELE

  • CONSTRUCII DIN OEL

    57

    PLANEE DE ACOPERI CU GRINZI SECUNDARE N ZBRELE Sistemul de acoperi plat (n teras) cu grinzi n zbrele este similar ca schem general cu sistemul de planeu curent ce folosete grinzi n zbrele. Pentru a rezista la o potenial aciune ascendent a vntului, fiecare grind trebuie asigurat prin ancorare la suport. De asemenea, tabla cutat ce realizeaz suportul continuu al nvelitorii trebuie asigurat prin fixare de suport cu suduri n puncte sau prinderi mecanice. Peste tabla cutat se poate turna beton (eventual beton uor, termoizolant) sau se poate dispune direct o termoizolaie n plci rigide, naintea aplicrii hidroizolaiei. Pentru a oferi o suprafa ct mai mare de rezemare a termoizolaiei rigide, este bine ca tabla s aib cutele cu faa superioar lat i neted; dac tabla are striuri de rigidizare, termoizolaia trebuie fixat cu prinderi mecanice.

    TLPI PARALELE

    Panta de scurgere poate fi obinut prin nclinarea grinzilor sau prin variaia grosimii termoizolaiei

    TALPA SUPERIOAR CU O PANT TAPLA SUPERIOAR CU DOU PANTE

    Producia standardizat include grinzi cu deschideri mari i foarte mari,

    cu una sau dou pante. Panta standard: 1 cm / m

  • CONSTRUCII DIN OEL

    58

    PLANEE DE ACOPERI CU GRINZI SECUNDARE N ZBRELE

  • CONSTRUCII DIN OEL

    59

    13. SCRI SCAR CU RAMPE I PODESTE DIN PLCI DE B.A. Golul scrii este delimitat de grinzi de bordaj (grinzi curente sau grinzi suplimentare). a) Podest intermediar suspendat (scar liber). b) Podest rezemat pe patru stlpi; rampele reazem pe podeste. c) Ansamblul rampe - podeste reazem pe patru stlpi ce delimiteaz nodul de circulaie; rigidizare vertical cu contravntuiri metalice n x.

    NOD DE CIRCULAIE CU PEREI RIGIZI ntregul nod de circulaie vertical este realizat din b.a. i are rol de contravntuire vertical (preia solicitrile din fore orizontale) n cadrul ansamblului structural al cldirii.

  • CONSTRUCII DIN OEL

    60

    SCRI CU STRUCTUR PORTANT DIN OEL Scheme structurale

    Plan structur pentru varianta (a) i detalii de mbinare Fiecare ramp este constituit din dou grinzi laterale, numite grinzi de vang, care reazem pe grinzi orizontale ale planeului curent i ale podestului intermediar. Detalii de mbinare ntre grinzile de vang i grinzile orizontale (a1, a2, a3).

    Exemple de alctuire a rampelor

  • CONSTRUCII DIN OEL

    61

    STRUCTURI DIN OEL (tabel de sintez)1

    ELEMENTE PORTANTE VERTICALE

    1 Dup ORTON, Andrew, The way we built now: form, scale and technique. Van Nostrand Reinhold (UK) Co.Ltd. 1988.

  • CONSTRUCII DIN OEL

    62

    PLANEE INTERMEDIARE: GRINZI I ELEMENTE DE SUPRAFA

  • CONSTRUCII DIN OEL

    63

    ACOPERIURI: GRINZI I ELEMENTE DE SUPRAFA

  • CONSTRUCII DIN OEL

    64

    ACOPERIURI: SUPRAFEE CONTINUI

  • CONSTRUCII DIN OEL

    65

    SISTEME STRUCTURALE

  • CONSTRUCII DIN OEL

    66

    15. PEREI DE NCHIDERE n cazul construciilor cu structur portant de tip schelet din oel, pereii exteriori sunt (cu rare excepii) NEPORTANI, ansamblul eforturilor rezultate din ncrcri fiind transmis fundaiilor de ctre stlpi; faadele au deci doar rol de nchidere i separare a mediului interior de cel exterior, i sunt purtate de structura cldirii. In general, funcie de materialele folosite, nchiderile neportante pot fi realizate n dou sisteme:

    SISTEME UOARE - aa numiii PEREI CORTIN, utiliznd materiale cu greutate redus (metal, sticl, termoizolaii eficiente); sunt sisteme prefabricate, cu montaj 'uscat'.

    SISTEME GRELE - utiliznd pentru zonele opace materiale i alctuiri similare celor utilizate n construciile masive; pot fi nchideri realizate in situ (zidrii), dar de cele mai multe ori sunt sisteme prefabricate: panouri ntr-un unic strat (ex. fii de b.c.a. - folosite curent la construcii industriale) sau alctuiri multistrat (ex. panouri prefabricate din beton, cu dublaj termoizolant); sistemele grele implic o suprasarcin semnificativ pentru structura portant.

    Fiind vorba de faade purtate de structura din oel a cldirii - caracterizat ea nsi printr-o greutate redus - apare fireasc tendina de a folosi de regul alctuiri de nchideri relativ subiri i cu greutate redus, din categoria pereilor cortin.

    PEREI CORTIN Un perete cortin este un perete exterior neportant, susinut de structura portant a cldirii, fie ea din b.a. sau din oel. Peretele poate fi alctuit din panouri preasamblate sau dintr-un raster metalic n ochiurile cruia sunt montate panouri de sticl i/sau panouri opace. Dei simpli n teorie, construcia pereilor cortin este complex i implic atenie particular n proiectare, testare i execuie; totodat este necesar o atent coordonare ntre arhitect, inginer i executant, pe de o parte, i productorul experimentat n problematica specific pereilor cortin, pe de alt parte.

  • CONSTRUCII DIN OEL

    67

    ACIUNI crora pereii cortin trebuie s le fac fa (= CRITERII DE PROIECTARE): APA Ploaia se poate aduna pe suprafaa peretelui i, sub presiunea vntului,

    poate s intre prin cele mai mici deschideri. Vaporii de ap pot condensa, determinnd acumulri de ap n interiorul peretelui. Prin rezolvri specifice de detaliu, aceast ap trebuie s poat fi evacuat ctre exterior.

    VINTUL Vntul poate crea presiune pozitiv sau negativ asupra peretelui, funcie de direcia sa, i n raport cu forma i nlimea cldirii. Peretele trebuie s poat transmite orice solicitri din vnt ctre structura portant a cldirii, fr a se deforma excesiv. Deplasrile induse peretelui de aciunea vntului trebuie anticipate la proiectarea rosturilor i sistemelor de prindere.

    SOARELE Lumina i strlucirea n spaiile interioare trebuie controlate fie prin sisteme de umbrire, fie prin folosirea sticlei reflectante sau colorate n mas. Razele ultraviolete pot cauza deteriorarea materialelor de etanare din rosturi i a vitrajelor, ca i degradarea finisajele interioare.

    TEMPERATURA Variaiile zilnice i sezoniere de temperatur determin dilatarea i contracia materialelor din alctuirea peretelui, n special a metalului. Rosturile i materialele de etanare trebuie s poat prelua micrile determinate de variaiile de temperatur. Pierderile de cldur trebuie limitate prin folosirea de panouri opace termoizolante, de geamuri termoizolante i folosirea de profile metalice cu rupere de punte termic.

    INCRCRILE Orice deformare a structurii cldirii sub ncrcri nu trebuie s se transmit peretelui cortin; aciunile seismice implic utilizarea unor mbinri speciale, absorbante de energie.

    FOCUL Propagarea focului ntre nivele trebuie oprit prin nchiderea cu materiale adecvate a spaiilor dintre perete i marginea planeului. Normative specifice fixeaz cerinele privind rezistena la foc proprie a peretelui.

    SISTEME DE PRINDERE

    Anumite sisteme de prindere a peretelui cortin de structura cldirii sunt gndite s reziste unor ncrcri din orice direcie. Altele sunt mobile i proiectate s reziste numai la aciuni laterale din vnt. Aceste prinderi mobile au rolul de a regla deplasrile difereniate dintre peretele cortin i structura cldirii; deplasrile difereniate se pot produce datorit deformrii structurii cldirii sub ncrcri sau datorit reaciei peretelui cortin la variaiile de temperatur.

    ALCTUIRE DE DETALIU

    Acumularea apei n interiorul peretelui poate fi prevenit prin prevederea a 3 elemente: - un ecran exterior care s mpiedice ptrunderea apei

    de ploaie; - un spaiu de aer n contact cu aerul exterior, astfel

    nct presiunea sa s fie meninut egal cu cea exterioar; apa eventual ptruns trebuie s poat fi eliminat spre exterior;

    - o barier interioar continu contra aerului i vaporilor de ap.

  • CONSTRUCII DIN OEL

    68

    TIPURI DE PEREI CORTIN - funcie de MODUL DE ASAMBLARE

    SISTEMUL cu MONTANI + TRAVERSE Pereii sunt asamblai pies cu pies. Costuri de transport i manipulare relativ sczute; se pot adapta mai uor dect celelalte sisteme la situaia concret din antier.

    SISTEMUL cu MONTANI + PANOURI Intr-o prim etap se fixeaz montanii; apoi se aeaz n poziie panourile preasamblate. Panourile pot avea nlimea unui nivel, cu vitrajul montat sau nu, sau pot fi separate n panouri vitrate i panouri parapet. Volumul transportului este mai mare dect n sistemul anterior, dar volumul de lucru n antier i timpul de execuie se reduce.

    SISTEMUL cu PANOURI PREFABRICATE Const n utilizarea exclusiv a unor panouri de mari dimensiuni, cu nlimea a 1, 2 sau 3 nivele; pot fi panouri cu schelet preasamblate sau panouri omogene; pot avea vitrajul montat sau acesta poate fi montat dup fixarea panoului. Sistemul are avantajul unei preasamblri precise, realizat sub control, n atelier, precum i acela al unei execuii rapide; n schimb transportul i manipularea sunt oneroase

    De asemenea, se pot deosebi urmtoarele categorii de perei cortin: concepui n mod special pentru un proiect anume; compui din componente i detalii standardizate de productor; realizai din panouri prefabricate, (tipic pentru cldirile industriale)

  • CONSTRUCII DIN OEL

    69