Obecné
Štíhlé příhradové konstrukce z uzavřených průřezů jsou v architektuře oblíbené. Počítačem podporovaná tvorba střihů a geometrií přípojů umožňuje vytvářet i složité prostorové styčníky. V našem příspěvku popisujeme posouzení styčníku K. Všímáme si přitom zvláštností při zadání a posouzení.
Údaje k modelu
- Materiál: S355
- Průřez pásu: RO 108x6,3 | DIN 2448, DIN 2458
- Průřez diagonál: RO 60.3x4 | DIN 2448, DIN 2458
- Rozměry: viz obrázek
Přiřazení styčníku k typu spoje
Typ přípoje je u styčníku dutých profilů dán nejen geometrií, ale také směrem působení normálových sil v diagonálách. V našem příkladu působí v posuzovaném uzlu č. 28 na prutu č. 35 (diagonála 1) tahová síla a na prutu č. 36 (diagonála 2) tlaková síla. Při takovém rozdělení vnitřních sil je typ spoje styčník K. Pokud by v obou diagonálách působil tlak nebo tah, byl by typem spoje styčník Y.
Ověření rozsahu platnosti
Rozhodujícím faktorem pro posouzení je dodržení mezních hodnot platnosti. Velmi důležitým bodem je poměr průměru diagonály a pásu. Pokud neleží v rozmezí 0,2 ≤ di/do ≤ 1,0, nelze posouzení provést. Poměr průměrů di/do se označuje také jako β. Die Norm EN 1993-1-8 [1] gibt in Tabelle 7.1 die Gültigkeitsgrenzen für Streben, Gurtstäbe sowie eine Eingrenzung der Überlappung der Streben vor. Pokud by měla být mezi diagonálami mezera, musí být také dodržen minimální rozměr g ≥ t1 + t2. Přitom t je příslušná tloušťka stěny diagonál. Stejně tak platí pro pruty namáhané tlakem požadavek na zařazení do třídy průřezu 1 nebo 2. Es erfolgt eine entsprechende Überprüfung nach EN 1993-1-1 [2] Kapitel 5.5.
Dimenzování,
V našem příkladu styčník splňuje rozsah platnosti podle tabulky 7.1. Proto podle EN 1993-1-8, kapitoly 7.4.1(2) stačí posoudit pásový prut na porušení povrchu pásu a prolomení smykem.
Flanschversagen des Gurtstabes aus Normalkraft nach EN 1993-1-8 Tabelle 7.2 Zeile 3.2
Ermittlung Durchmesser-Wandverhältnis γ
γ |
Verhältnis der Breite oder des Durchmessers des Gurtstabes zum zweifachen seiner Wanddicke |
d0 |
Gesamtdurchmesser Gurtstab |
t0 |
Wanddicke des Gurtstabquerschnitts |
γ = 8,57
Ermittlung Beiwert kg
kg |
Beiwert bei Knotenanschlüssen mit Spalt g |
γ |
Verhältnis der Breite oder des Durchmessers des Gurtstabes zum zweifachen seiner Wanddicke |
e |
Eulersche Zahl |
g |
Spaltweite zwischen den Streben eines K- oder N-Anschlusses |
t0 |
Wanddicke des Gurtstabquerschnitts |
kg = 1,72
Ermittlung Gurtspannungsbeiwert kp
kp |
Gurtvorspannungsbeiwert |
np |
Verhältniswert |
fp |
Wert der einwirkenden Druckspannung im Gurtstab ohne die Spannungen infolge der Komponenten der Strebenkräfte am Anschluss parallel zum Gurt |
fy |
Streckgrenze |
Np |
Anlaufende Normaldruckkraft im Gurt |
A0 |
Querschnittsfläche Gurtstab |
M0 |
Sekundäres Moment aus Exzentrizität |
W0 |
Elastisches Widerstandsmoment des Gurtquerschnitts |
fp je napětí v pásu od počáteční normálové síly Np a přídavného momentu vlivem excentricity. Da im Gurt Druck und Zug anliegen, wird angenommen, dass Np = 0 ist. Weiterhin ist die Exzentrizität des Anschlusses so klein, dass ein Zusatzmoment aus einem exzentrischen Anschluss der Streben nicht berücksichtigt werden muss. Der Hilfsbeiwert fp ergibt sich damit zu Null. Die Vorzeichenkonvention für Druck- und Zugkräfte in RFEM und RSTAB unterscheidet sich von denen der Norm EN 1993-1-8. Daher wurde die Formel für kp angepasst.
kp = 1,0
Ermittlung der zulässigen Grenzschnittgröße NRd
N1,Rd |
Bemessungswert der Normalkrafttragfähigkeit des Anschlusses für Strebe 1 |
kg |
Beiwert bei Knotenanschlüssen mit Spalt g |
kp |
Gurtvorspannungsbeiwert |
fy0 |
Streckgrenze des Werkstoffs eines Gurtstabes |
t0 |
Wanddicke des Gurtstabquerschnitts |
θ1 |
Eingeschlossener Winkel zwischen Strebe 1 und Gurtstab |
d1 |
Gesamtdurchmesser Strebe 1 |
d0 |
Gesamtdurchmesser Gurtstab |
yM5 |
Teilsicherheitsbeiwert |
N2,Rd |
Bemessungswert der Normalkrafttragfähigkeit des Anschlusses für Strebe 2 |
θ2 |
Eingeschlossener Winkel zwischen Strebe 2 und Gurtstab |
N1,Rd = N2,Rd = 257,36 kN
N1,Ed / N1,Rd = 197,56 / 257,36 = 0,77 < 1,0
N2,Ed / N2,Rd = 186,89 / 257,36 = 0,73 < 1,0
Prolomení pásu smykem od normálové síly podle EN 1993-1-8, tabulky 7.2, řádku 4
Ermittlung der zulässigen Grenzschnittgröße NRd
Ni,Rd |
Bemessungswert der Normalkrafttragfähigkeit des Anschlusses für das Bauteil i |
fy0 |
Streckgrenze des Werkstoffs eines Gurtstabes |
t0 |
Wanddicke des Gurtstabquerschnitts |
π |
Kreiszahl |
di |
Gesamtdurchmesser bei KHP-Bauteilen i |
θi |
Eingeschlossener Winkel zwischen Strebe i und Gurtstab |
γM5 |
Teilsicherheitsbeiwert |
N1,Rd = N2,Rd = 417,58 kN
N1,Ed / N1,Rd = 197,56 / 417,58 = 0,47 < 1,0
N2,Ed / N2,Rd = 186,89 / 417,58 = 0,45 < 1,0
Porušení povrchu pásu vlivem momentu Mop podle EN 1993-1-8, tabulky 7.5, řádku 2
Toto posouzení má význam pouze u 3D úloh, kdy mohou vznikat také momenty vně roviny příhradové konstrukce.
Ermittlung der zulässigen Grenzschnittgröße Mop,Rd
Mop,i,Rd |
Bemessungswert der Momententragfähigkeit des Anschlusses bei Biegung aus der Tragwerksebene für das Bauteil i |
fy0 |
Streckgrenze des Werkstoffs eines Gurtstabes |
t0 |
Wanddicke des Gurtstabquerschnitts |
di |
Gesamtdurchmesser bei KHP-Bauteilen i |
θi |
Eingeschlossener Winkel zwischen Strebe i und Gurtstab |
β |
Verhältnis der mittleren Durchmesser oder mittleren Breiten von Strebe und Gurtstab |
kp |
Gurtvorspannungsbeiwert |
yM5 |
Teilsicherheitsbeiwert |
Mop,1,Rd = Mop,2,Rd = 5,92 kNm
Mop,1,Ed / Mop,1,Rd = 0,08 / 5,92 = 0,01 < 1,0
Mop,2,Ed / Mop,2,Rd = 0,01 / 5,92 = 0,00 < 1,0
Porušení povrchu pásu od momentu Mip podle EN 1993-1-8, tabulky 7.5, řádku 1
Ermittlung der zulässigen Grenzschnittgröße Mip,Rd
Mip,i,Rd |
Bemessungswert der Momententragfähigkeit des Anschlusses bei Biegung in der Tragwerksebene für das Bauteil i |
fy0 |
Streckgrenze des Werkstoffs eines Gurtstabes |
t0 |
Wanddicke des Gurtstabquerschnitts |
di |
Gesamtdurchmesser bei KHP-Bauteilen i |
θi |
Eingeschlossener Winkel zwischen Strebe i und Gurtstab |
γ |
Verhältnis der Breite oder des Durchmessers des Gurtstabes zum zweifachen seiner Wanddicke |
β |
Verhältnis der mittleren Durchmesser oder mittleren Breiten von Strebe und Gurtstab |
kp |
Gurtvorspannungsbeiwert |
γM5 |
Teilsicherheitsbeiwert |
Mip,1,Rd = Mip,2,Rd = 9,53 kNm
Mip,1,Ed / Mip,1,Rd = 0,37 / 9,53 = 0,04 < 1,0
Mip,2,Ed / Mip,2,Rd = 0,14 / 9,53 = 0,01 < 1,0
Prolomení pásu smykem od momentu Mop podle EN 1993-1-8, tabulky 7.5, řádku 3.2
Toto posouzení má význam pouze u 3D úloh, kdy mohou vznikat také momenty vně roviny příhradové konstrukce.
Ermittlung der zulässigen Grenzschnittgröße Mop,Rd
Mop,i,Rd |
Bemessungswert der Momententragfähigkeit des Anschlusses bei Biegung aus der Tragwerksebene für das Bauteil i |
fy0 |
Streckgrenze des Werkstoffs eines Gurtstabes |
t0 |
Wanddicke des Gurtstabquerschnitts |
di |
Gesamtdurchmesser bei KHP-Bauteilen i |
θi |
Eingeschlossener Winkel zwischen Strebe i und Gurtstab |
yM5 |
Teilsicherheitsbeiwert |
Mop,1,Rd = Mop,2,Rd = 8,70 kNm
Mop,1,Ed / Mop,1,Rd = 0,08 / 8,70 = 0,01 < 1,0
Mop,2,Ed / Mop,2,Rd = 0,01 / 8,70 = 0,00 < 1,0
Prolomení pásu smykem od momentu Mip podle EN 1993-1-8, tabulky 7.5, řádku 3.1
Ermittlung der zulässigen Grenzschnittgröße Mip,Rd
Mip,i,Rd |
Bemessungswert der Momententragfähigkeit des Anschlusses bei Biegung in der Tragwerksebene für das Bauteil i |
fy0 |
Streckgrenze des Werkstoffs eines Gurtstabes |
t0 |
Wanddicke des Gurtstabquerschnitts |
di |
Gesamtdurchmesser bei KHP-Bauteilen i |
θi |
Eingeschlossener Winkel zwischen Strebe i und Gurtstab |
yM5 |
Teilsicherheitsbeiwert |
Mip,1,Rd = Mip,2,Rd = 7,33 kNm
Mip,1,Ed / Mip,1,Rd = 0,37 / 7,33 = 0,05 < 1,0
Mip,2,Ed / Mip,2,Rd = 0,14 / 7,33 = 0,02 < 1,0
Interakční podmínky podle EN 1993-1-8, kapitoly 7.4.2, rovnice 7.3
Při tomto posouzení se diagonály posuzují na současné namáhání normálovou silou a ohybem. Nyní se zde bude uvažovat pouze ohyb kolmo na rovinu příhradové konstrukce.
Ni,Ed |
Bemessungswert der einwirkenden Normalkraft für das Bauteil i |
Ni,Rd |
Bemessungswert der Normalkrafttragfähigkeit des Anschlusses für das Bauteil i |
Mop,i,Ed |
Bemessungswert des einwirkenden Momentes aus der Tragwerksebene für das Bauteil i |
Mop,i,Rd |
Bemessungswert der Momententragfähigkeit des Anschlusses bei Biegung aus der Tragwerksebene für das Bauteil i |
S1 |
Strebe 1 |
S2 |
Strebe 2 |
Závěr a výhled
Jak z našeho příspěvku vyplývá, posouzení styčníku K není úplně jednoduché. V přídavném modulu RF-/HSS nabízí Dlubal Software nástroj pro posouzení všech typů styčníků uváděných v normě, jak z CHS, tak SHS a RHS.