Racjonalne projektowanie stalowych konstrukcji stężonych na przykładzie słupa kratowego

• Autorzy: Zwoliński Tadeusz

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0055.1616

Warianty tytułu

EN

Rational design of braced steel structures using the example of a lattice column

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem pracy przedstawionej w artykule było sformułowanie wytycznych do racjonalnego projektowania stężonych konstrukcji stalowych na przykładzie słupa kratowego analizowanego w modelu 2D. Rozpatrzono konstrukcję o wysokości 20 m i szerokości 4 m, składającą się ze słupów, poprzeczek oraz stężeń typu X. Przeanalizowano siedem wariantów rozmieszczenia stężeń – od dwóch do siedmiu kondygnacji. Wszystkie elementy wykonano ze stali S235. Stężenia modelowano jako pręty pełne okrągłe, poprzeczki jako profile SHS, a słupy jako profile katalogowe: HEA, HEB, SHS oraz CHS. Łącznie przeanalizowano 367 przekrojów słupów w siedmiu konfiguracjach stężeń. Przedstawiono i omówiono wytyczne projektowe dla stężeń eliminujących przechyłową postać wyboczenia, definiując dwa kluczowe kryteria: sztywności i nośności. Obliczenia przeprowadzono w programie Robot Structural Analysis, stosując liniową analizę wyboczeniową (LBA) z uwzględnieniem zredukowanej sztywności. Łącznie zaprojektowano 2202 słupy kratowe z optymalnie dobranymi stężeniami i poprzeczkami. Wyniki zestawiono w formie zbiorczej, ukazując efektywność konstrukcji (stosunek nośności słupa kratowego do jego ciężaru) w zależności od smukłości słupów. Stwierdzono, że najbardziej efektywne są słupy kratowe ze słupami o niskiej smukłości, a udział masy stężeń i poprzeczek w całkowitej masie konstrukcji nie powinien zazwyczaj przekraczać 25%.

EN

The aim of the study was to develop guidelines for the rational design of braced steel structures using a 2D tower model as an example. The analyzed structure was 20 meters high and 4 meters wide, consisting of columns, horizontal beams, and X-type bracings. Seven bracing configurations were considered, with bracings placed across two to seven levels. All structural elements were made of S235 steel. Bracings were modeled as solid round bars, beams as SHS profiles, and columns as catalog sections: HEA, HEB, SHS, and CHS. A total of 367 column cross-sections were analyzed across seven bracing layouts. Design guidelines for bracings were presented and discussed, with a focus on eliminating lateral-torsional buckling, based on two key criteria: stiffness and load-bearing capacity. Structural calculations were carried out using Robot Structural Analysis software, applying a linear buckling analysis (LBA) with reduced stiffness. In total, 2,202 towers with optimally selected bracings and beams were designed. The results were compiled to show structural efficiency (tower capacity to weight ratio) depending on the slenderness of the columns. It was found that the most effective designs used low-slenderness columns, and the mass of bracings and beams should generally not exceed 25% of the total tower weight.

Słowa kluczowe

PL

stateczność; stężenie; Robot Structural Analysis; projektowanie; konstrukcja stalowa

EN

stability; bracing; Robot Structural Analysis; design; steel structure

• Wydawca: Fundacja Polskiego Związku Inżynierów i Techników Budownictwa
• Czasopismo: Inżynieria i Budownictwo
• Rocznik: 2025
• Tom: R. 81, nr 3
• Strony: 344--349
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., il.

Twórcy

autor

Zwoliński Tadeusz

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej

• https://orcid.org/0000-0002-9973-0147

Bibliografia

• [1] Augenti N., Parisi F.: Buckling Analysis of a Long-Span Roof Structure Collapsed during Construction, Journal of Performance of Constructed Facilities, ASCE, 2010, DOI: 10.1061/(ASCE)CF.1943-55090000302.
• [2] Closkey D.J.: Report of the Commissioner Inquiry Station Square Development, Burnaby, British Columbia, August 1988.
• [3] Jankowska-Sandberg J., Kołodziej J.: Experimental study of steel truss lateral-torsional buckling, Engineering Structures, vol. 46, 2012, pp. 165-172.
• [4] Yura J.A., Helwig T.A.: Bracing for Stability, University of Texas at Austin/University of Houston, Structural Stability Research Council, AISC, May 1995.
• [5] Timoshenko S., Gere J.M.: Theory of Elastic Stability, 2nd ed., McGraw-Hill International Book Company, 1985.
• [6] Winter G.: Lateral Bracing of Columns and Beams, Transactions ASCE, vol. 125, part 1, 1960, pp. 809-825.
• [7] Ziemian R. (red.): Guide to Stability Design Criteria for Metal Structures, 6th ed., John Wiley & Sons, Inc., 2010.
• [8] EN 1993-1-1:2006, Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych. Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków.
• [9] Simões da Silva L., Simões R., Gervásio H.: Design of Steel Structures. Eurocode 3: Design of Steel Structures Part 1-1 - General Rules and Rules for Buildings, 1st ed., revised second impression, ECCS, 2013.
• [10] Trahair N.S., et al.: The Behaviour and Design of Steel Structures to EC3, 4th ed., Taylor & Francis, 2007.
• [11] Kucukler M., Gardner L., Macorini L.: A stiffness reduction method for the in-plane design of structural steel elements, Engineering Structures, vol. 73 (5), 2014, pp. 72-84.