Jelen cikksorozat az ipari padlók méretezésének módszereit mutatja be. A harmadik rész a brit TR34-es irányelv méretezéseit taglalja a legfontosabb terhelési esetekre. Az ipari épületek tervezése során az ipari padlók méretezése legalább akkora súlyt kell, hogy kapjon, mint maga a tartószerkezet, hiszen egy hibás padló ellehetetlenítheti a teljes csarnok funkcióját. A repedt, elmozdult padlók nemcsak esztétikai problémákat tudnak okozni, de a rendeltetésszerű használatot is megnehezítik, vagy akár alkalmatlanná teszik a padlót a használatra. Éppen ezért szükséges különösen nagy hangsúlyt fektetni a tervezésükre, méretezésükre.
Az ipari padlók alapvető tulajdonságai és modellezése
Az ipari padlók tartószerkezeti szempontból felületen megtámasztott lemezszerkezetek. Lényegében ezt a statikai problémát a legegyszerűbben lineáris rugók feltételezésével (Winkler-féle ágyazás), illetve a lemezt lineáris anyagmodell alkalmazásával lehet modellezni. Ez a modellezési módszer többé-kevésbé helyes is, amíg a betonszerkezet nem reped meg, ugyanis onnantól kezdve a beton erősítési módjának megfelelően különféle módon viselkedik a szerkezet. Mivel a beton ipari padló építése közben a mikrorepedések kialakulása szinte elkerülhetetlen, így ez a legegyszerűbb modellezési módszer sem alkalmazható mindig.
Az ipari padló tartószerkezeti szempontból egy felületen rugalmasan alátámasztott szerkezet, amely az épület fő tartószerkezetétől teljesen független. Célja a rajta ható terhek közvetítése az alatta levő ágyazatra, majd talajra.
A talaj és az ágyazat szerepe
Az ipari padló alatti talaj vizsgálata, kialakítása és tömörítése mindig létfontosságú, hiszen ebben az esetben a talaj adja a szerkezet egyetlen támaszát. A talaj tömörségét a számítások során a talaj ágyazási modulussal (k) vesszük figyelembe, melynek dimenziója N/mm³. Ennek meghatározása például a DIN 18134 szabvány szerinti terhelőlemezes próba elvégzésével történhet. Az ipari padlók alatti ágyazat sokféle lehet, kialakításának a módja leginkább az altalaj talajmechanikai paramétereitől függ. Amennyiben nem ismerjük a majdan készítendő ipari padló alatti ágyazat ágyazási tényezőjét, előírhatjuk annak mértékét, amelyet a kivitelezés előtt ellenőrizni kell.
Ipari padló kialakítása és erősítése
Ipari padló kialakítása és erősítése többféle lehet. Kis terhelés esetén létezhet beton anyagú ipari padló, nagyobb terhelés esetén készülhet szálerősítéssel, extrém nagy terhelés esetén kiegészítve acél hálóval. A beton betontechnológiai jellemzői rendkívül fontosak, így külön részben foglalkozunk vele.
Beton jellemzőinek meghatározása
A tervezés során igen fontos a beton jellemzőinek meghatározása, amely jellemzően a beton szilárdsági osztályának függvénye. A főbb paraméterek megmutatják a beton különböző hatásokkal szembeni szilárdsági és alakváltozási értékeit, melyek a tervezés alapjai.
Hézagok kialakítása
A beton padlólemezekben különböző távolságonként szükséges hézagok kialakítása, hogy ne keletkezzenek jelentős hosszanti irányú igénybevételek, melyek a padló repedését okoznák. Ezekkel a kapcsolati elemekkel lokalizálni lehet a repedések helyét, így maga a betonlemez felülete repedésmentes maradhat.
- Vakhézagok (vágott dilatáció): előre betervezett repedési hézagok. A betonkeresztmetszet felső tartományában bevágás készül, így lokálisan gyengítve a keresztmetszetet, mely lehetővé teszi a tiszta repedéstervezést a bevágás alatt.
- Szoros hézagok: teljes vastagságában elválasztják a betonlemezt, így nem nyújtanak lehetőséget a beton tágulására.
- Peremhézagok (tüskés dilatáció): a betonlemez szélén kialakított csatlakozások, melyek elválasztják a különböző épületrészeket. A kapcsolat kialakítható csúszó tüskékkel, vagy előregyártott acél kapcsolati elemekkel. A kapcsolat funkciója, hogy engedje a beton hőtágulását, ugyanakkor a padló vonalára merőleges nyírási mozgások hatására létrejövő igénybevételek ellenére összetartsa a különböző padlórészleteket.
Terhelések az ipari padlókon
Az ipari padlókon a terhek igen változatosak lehetnek a különböző funkciókból adódóan. A terhelt felület méretének függvényében megkülönböztetünk pontszerű, vonal mentén megoszló és felületen megoszló terheléseket. Födémek méretezése során a födém felületén ébredő maximális hasznos terhet kell meghatározni, amelynek biztonsági tényezővel növelt értékére kell méretezni a szerkezetet teherbírási határállapotban, illetve várható értékére használhatósági állapotban. Ennek megfelelően a födémek teherbírása kN/m²-es értékkel van megadva.
Raised Floor Pedestals Peygran - Installation
Ipari padlók esetén ez az érték keveset árul el a padló használata során ébredő terhekről, sőt, a teljes felületén megtámasztott padlón a teljes felületén ébredő felületi teher alig okoz hajlító igénybevételt a padlóban (a padló megsüllyedhet, függőleges irányú normálfeszültség ébred benne, amely nagyságrenddel kisebb a beton nyomószilárdságánál). A padlóban akkor keletkezik hajlító igénybevétel, ha ezek a terhek szakaszosan terhelik a padlót. Létezik egy olyan teherállás, amelynél a pozitív, illetve ahol a negatív nyomaték a maximum értékét veszi fel.
A padló terhelésének megadása során a felületi terhek definiálásánál további probléma szokott lenni a terhek értékének eltúlzása. A 100 kN/m²-es terhelés a valóságban ritkán jöhet létre, nehéz elképzelni, hogy ekkora terheket a padló felületén fektetve tárolnak, jellemzőbb inkább a polcokon vagy konténerekben való tárolás. Ezeknek a tárolóknak pedig lábaik vannak, amelyek már pontszerű terheket adnak át az ipari padlóra. A méretezés során érdemes a várható terhelések megállapításánál a padlón elhelyezésre kerülő vagy tárolandó anyagokból (polcokon, konténerekben), a padlón működő gépekből és a padlón közlekedő járművekből (targonca, tehergépkocsi) kiindulni, mintsem felületi teherként megadott értékekből.
A TR34 brit irányelv alkalmazása megoszló terhekre
Jelen fejezetben a TR34 brit irányelv főbb számítási lépései kerülnek bemutatásra. Az irányelv a talajon fekvő betonpadlót mint rugalmasan ágyazott lemezt tekinti, és ennek megfelelően törésmechanikai alapokra helyezi a számítást, mely segítségével a repedések kialakulása utáni nemlineáris állapot is számítható.
Hajlító-húzószilárdság és nyomatéki teherbírás
A hajlító-húzószilárdság a betonnál nem anyagi paraméter, hanem függ a szerkezet vastagságától (h), azaz figyelembe veszi a mérethatást. Ezt követően lehetőség nyílik a padló nyomatéki teherbírásának meghatározására. A TR34 tervezési irányelv a mikro- és fibrillált szálakról a következőt írja: „A mikro-szintetikus szálak nem nyújtanak semmilyen hozzáadott törési energiát. Nem gátolják a repedéseket a megszilárdult betonban, ezért nem használhatók más erősítések kiváltásaként.”
Kaliszky vasbeton lemezek képlékenységtan szerinti méretezéséről szóló könyvében a koncentrált erővel terhelt ágyazaton fekvő lemezek teherbírását a törőnyomaték és a külső teher munkájának egyenlősége alapján vezeti le, Meyerhof képletével azonos eredményt kapva: ahol μ a negatív és pozitív törőnyomaték viszonya. A levezetés figyelmen kívül hagyja a nyírási tönkremenetelt és végtelen kiterjedésű lemezzel foglalkozik. Az eredményből az az érdekesség jön ki, hogy a törőteher független az ágyazat fajlagos teherbírásától. A terhelő lemez méretének figyelembe vételekor azonban Meyerhof képletei alapján az ágyazási tényezőtől is függ a teherbírás, igaz, itt is csak kis mértékben. A TR34 ezeken felül foglalkozik továbbá a kettő és négy pontos terhelésekkel is.
Sarok terhelés
Sarok terhelés esetén a teher két széltől is l+a távolságnál kisebb távolságra helyezkedik el. "a" a terhelő felület ekvivalens sugara, azaz annak a körnek a sugara, amelynek területe megegyezik a tényleges terhelő elem felületével. Az alábbi egyenletek, valamint mechanikai hátterük Meyerhof vonatkozó műveiben találhatók meg. Minden összefüggésnek két típusa van az a/l arány függvényében.
Ahol: Mn a negatív nyomaték, Mp pedig a keletkező pozitív nyomaték, az erősítés függvényében.
Felületen megoszló terhelés
A felületen megoszló terhelés Hetényi által kidolgozott összefüggések alapján kerül bemutatásra. A felület mentén megoszló terhelés eloszlásának modellezésre a blokkmódszer alkalmazása a leggyakoribb, mely során a terhelt és a nem terhelt padlórészek arányainak változtatásával határozzák meg a maximális igénybevételeket. Hetényi képletei alapján a maximális pozitív nyomatékot a п/2λ területen keletkező terhelés adja, míg a legnagyobb negatív nyomaték a két oldalt п/λ területen leterhelt mezőnél keletkezik.
A maximális felületen megoszló q teher értéke a következő képlettel számítható:q = Mn / ... (a teljes képlet hiányzik az eredeti szövegből)
Ahol: Mn az egyenlet alapján meghatározható rugalmas alapon számolt nyomaték.
Néhány fontos megjegyzést fűznénk a felületi terhekre való méretezési módszerhez. Mindenekelőtt fontos tisztáznunk, hogy a képletek lineáris anyagmodellel számolnak, azaz az erősítések (szálerősítés, vasalás) hatását nem lehet figyelembe venni. Felületi terhekre ezek alapján csak beton ipari padlót tudunk méretezni, az első repedés megjelenéséig. Így kihasználatlan, túlméretezett padlókat kapunk. Az irányelv is tisztában van ezzel, oly módon próbálja meg ezt valamelyest javítani, hogy a felületi terhek esetében a biztonsági tényezőt csökkenti, mondván, hogy a beton anyagában is van biztonsági tényező. Ez a megközelítés hibás, teljesen ellentmond az Eurocode osztott biztonsági tényezők elvének. Fontos továbbá megjegyeznünk, hogy a képlet végtelen hosszúságú ipari padlóval számol, azaz nem veszi figyelembe a dilatációkat, illetve azok hatását. Amennyiben a maximális negatív nyomatékhoz tartozó teherállás befoglaló mérete túlnyúlik a dilatációs hosszon, a képlet ismét hibás eredményt ad, ugyanis a dilatációt csuklóként figyelembe véve kedvezőbb eredményt kaphatunk.
Megoszló erővel terhelt kéttámaszú tartók
Azokat a tartókat, amelyeket nem pontszerű (koncentrált) erők, hanem felületen megoszló erők terhelik, megoszló erővel terhelt kéttámaszú tartóknak nevezzük. A megoszló erővel terhelt kéttámaszú tartókat egy paraméteres példa alapján szemléltetjük. Képzeljünk el egy „l” hosszúságú kéttámaszú tartót, amelynek egész hosszán „f” megoszló terhelés hat. Szerkesszük meg a nyomatéki és nyíróerőábrát. Határozzuk meg a reakcióerők és a tartó veszélyes keresztmetszetére ható maximális hajlítónyomaték nagyságát! Megoszló terhelés esetében a keresztmetszetre ható nyomatéki ábra egy parabola lesz, és az ezen lévő pontok a parabolapontok.
A megoszló terhelés felében a nyomaték nulla tengelyére merőlegesen felmérjük a nyomaték kétszeresét. A nullatengely kezdő- és végpontjának, valamint a kétszeres nyomatéknak az összekötésével két segédegyenest rajzolunk. A segédegyeneseket felosztjuk az azonos számú pontokat összekötjük. Így megszerkesztettük a parabolát burkoló egyeneseket.
Amennyiben a kölcsönhatásban lévő testek érintkezési felületének egyik mérete a másikhoz viszonyítva elhanyagolhatóan kicsi, vonal menti érintkezésről beszélünk, és az átadódó erőt vonal mentén megoszló erőnek nevezzük (pl. két henger között). A megoszló terhelést végtelenül sok, egymáshoz végtelenül közel fekvő, egyenletesen megoszló párhuzamos erőkből álló erőrendszernek tekintjük.
Nyírófeszültség számítása
A nyírófeszültség τ=V/A képlettel számítható.
| Elem | Képlet | Érték |
|---|---|---|
| Szegecsben ébredő feszültség | τ=F/A ≤ τmeg | - |
| Nyírófeszültség | τ=V/A | 50⋅10³ N / ((25⋅10⁻³ m)²⋅π/4) = 102⋅10⁶ Pa |
| Csapszeg feszültsége | τ | 2⋅10⁴ / (690,8⋅10⁻⁶) = 28,9⋅10⁶ Pa = 28,9 MPa |
Jelen cikkben az Európában leggyakrabban alkalmazott ipari padló irányelv, a brit TR34 főbb lépései kerültek bemutatásra. Ezen irányelv a jelenleg érvényben lévők közül a legrészletesebb, a legtöbb teherelrendezésre számítási módot és példát ad. Az irányelv alkalmazható vasalt és acél- vagy műanyag makroszál-erősítésű padló tervezésére is. Természetesen nem tökéletes ez az irányelv sem, hiányosságok és hibák találhatók benne. Ilyen például a jól definiált helyen lévő felületen megoszló teher képlete. Térbeli megoszlásaik szerint megkülönböztetjük a koncentrált, a vonal mentén megoszló, a felület mentén megoszló és a térfogat mentén megoszló terhet (erőt).