Referencje ogolne

Referencje ogólne.

Jako referencje przedstawiam kilka istotnych zagadnień z zakresu statyki budowlanej oraz geometrii przestrzennej, które osobiście rozwiązałem i które to miały bardzo duży wpływ na koszty wykonania konstrukcji, dowodząc tym samych moich wyjątkowych umiejętności w w/w zakresie.

Sposób rozwiązania powyższych zagadnień skierowany jest raczej do zainteresowanych, posiadających niezbędną wiedzę z zakresu mechaniki budowli oraz dobrą wyobraźnię przestrzenną.
Jednakże próbować może każdy, a jeśli nie do końca pojmie, może to skonsultować z fachowcem w tej dziedzinie poszerzając swą dotychczasową wiedzę.

Krótką genezę tych kilku zagadnień opisuję poniżej.

Geneza Referencji nr 1 – natury statycznej.

Sprawa dotyczyła projektu stropu stalowego dla inwestora niemieckiego. W Niemczech obowiązuje zasada, że każdy projekt przed jego realizacją jest sprawdzany przez głównego inżyniera niemieckiego a ewentualne jego wątpliwości muszą być uwzględniane w projekcie. Jeśli chodzi o stronę techniczną konstrukcji, praktykowane było i jest wykonywanie generalnie wszystkich połączeń jako czołowe sprężone, obojętnie czy to jest rygiel ramy przenoszący duże ścinania i zginania, czy też belka – rygiel w płaszczyźnie stężeń pionowych przenoszące w większości ściskania/rozciągania i zginania. W słupach i belkach wykonuje się tzw. „kominki” czyli krótkie wsporniki zakończone czołowymi blachami węzłowymi. Oczywiście styki na końcach „kominków” musiały być obliczane głównie ze względu na zginanie i ścinanie. Wielkości momentów zginających w tych stykach zależne są bezpośrednio od odległości blachy czołowej od osi podłużnej elementu na którym wykonany jest „kominek”. Do szybkiego obliczenia nośności takiego styku sprężonego służą gotowe tablice „Dastverbindungen” z których, w zależności od wartości momentów zginających i sił tnących dobiera się ilości śrub i grubości blach czołowych. Jeśli chodzi o grubości blach czołowych, to już przy niewielkich wartościach momentów zginających są one dość duże, rzędu minimum 20 mm.
I tu zrodził się zasadniczy problem. Rysunki wykonawcze robił kolega i z jakiegoś niewiadomego powodu, zastosował w „styku nr 1” (patrz „Referencja nr 1”) grubości blach czołowych w kominku na ryglu „R1” i belce „B1” t = 10 mm. Przy potraktowaniu tego połączenia jako sprężone i szablonowym podejściu do problemu, czyli uwzględnieniu w połączeniu momentu zginającego Mg(B1) = V(B1)*e1 przyjęte grubości blach czołowych okazały się stanowczo za małe i to wychwycił sprawdzający inżynier ze strony niemieckiej. Przysłał faks że należy zwiększyć te grubości na t = 20 mm.
I w tym momencie wystąpiło preludium do wielkiej katastrofy, gdyż cała, na gotowo wykonana konstrukcja była już w drodze do Niemiec, a belek B1 i rygli R1 było łącznie około 320 sztuk czyli około 640 styków.
W tym momencie zostały tylko dwie możliwości:
- pierwsza to zmienić grubości w Niemczech na placu budowy, gdzie 1 – roboczogodzina kosztuje około 50 – 70 Euro i co dawało szacunkowo 60 Euro * 1 roboczogodzina * 640 styków = 38400 Euro samej robocizny nie licząc materiału. W przybliżeniu można by przyjąć straty około 42000 Euro.
- druga to w jakiś sposób uzasadnić, że pomimo takiego rozwiązania konstrukcja będzie pracowała prawidłowo co oznacza że przeniesie wszystkie zadane obciążenia.
Oczywiście temat trafił do mnie aby jakoś temu zaradzić wg tej drugiej możliwości, czyli uzasadnić sprawdzającemu że pomimo jego wątpliwości wszystko jest OK.
Pomyślałem około godziny jak temat ruszyć stosując przyjętą ogólnie zasadę „tak konstrukcja pracuje jak się ją zaprojektuje”, policzyłem w sposób jaki pokazuję w „Referencji 1” lecz na konkretnych wartościach, wysłałem faksem uzasadnienie jeszcze w tym samym dniu i na drugi dzień otrzymaliśmy faks zwrotny od sprawdzającego, że jest OK.
Pozytywna odpowiedź sprawdzającego na moje uzasadnienie oznaczała po pierwsze, że obyło się bez kosztów naprawy, a po drugie, co najważniejsze, że niemiecka myśl techniczna dorównuje swym poziomem naszej, rodzimej, polskiej. Ponadto, sprawdzającemu należały się wyrazy wielkiego szacunku za fachowe i obiektywne podejście do problemu, gdyż złośliwie (typu: „nie bo nie”) mógł to zanegować i nie mielibyśmy nic do powiedzenia.

Geneza Referencji nr 2 – natury statycznej.

Dotyczy podobnego problemu w sensie katastroficznym lecz znacznie mniej kosztownego.
Otrzymaliśmy zlecenie na drobną przeróbkę istniejącego mostu przenośnika taśmowego o konstrukcji kratowej z uwagi na konieczność przeprowadzenia przez ściany boczne jakiejś rury instalacyjnej.
Konstrukcja mostu przenośnika to prostopadłościenny tunel, którego ściany boczne, górna i dolna (na której posadowiony jest przenośnik) stanowią kratownice obudowane od strony zewnętrznej np. blachą trapezową z ociepleniem lub bez. Przeróbka miała polegać na przeprojektowaniu dwóch identycznych krzyżulców w kratownicach pionowych (ścian bocznych mostu) celem przeprowadzenia tejże rury instalacyjnej która akurat trafiała w te krzyżulce i dziwne że nie można było zmienić jej trasy tak, aby ominęła krzyżulce. Ale to nie nasza sprawa, chcą to będą mieć.
Kolega pojechał po dokumentację istniejącej konstrukcji, wytyczne do trasy tej rury instalacyjnej i też celem wykonania stosownych pomiarów. Po załatwieniu sprawy kolega ów wrócił cały wystraszony oznajmiając w sposób bardzo katastroficzny że ta rura instalacyjna jest już przeprowadzona a krzyżulce kratownic przez które przechodziła są zwyczajnie wycięte i w jego mniemaniu jest rzeczą niemożliwą że tak osłabiona konstrukcja całego mostu nadal stoi nie ulegając zwyczajnemu zawaleniu się. Oczywiście padło pytanie o moje zdanie na ten temat. Znałem zakres przeróbki i wiedziałem też że owym niefortunnym krzyżulcem był krzyżulec podporowy – trochę gorsza sprawa. Gdyby konstrukcja zawaliła się, byłaby to wina jedynie inwestora, który zaingerował w konstrukcję bez projektu.
Kolega podszedł do problemu zgodnie z zasadami mechaniki budowli, gdzie w przypadku kratownic, do obliczania sił w prętach zakłada się przeguby w węzłach. Jest czysto teoretyczne założenie zgodnie z którym wszystkie pręty kratownicy są ściskane lub rozciągane a ich zginanie i ścinanie istnieje lecz jest pomijalnie małe. Z tego też względu, w celu zapewnienia pracy kratownicy jak najbardziej zbliżonej do rzeczywistości, przy tych założeniach teoretycznych wymagany jest dodatkowy warunek obciążania kratownic tylko w jej węzłach. Bazując na w/w teoretycznych założeniach dla kratownic, ów kolega, widząc kratownicę bez krzyżulca podporowego uznał ją jako ustrój chwilowo zmienny w strefie podporowej i oczywiście miał rację, ale tylko teoretycznie. Ustrój chwilowo zmienny w rzeczywistości musiałby ulec katastrofie. W rzeczywistości jest jednak nieco inaczej, gdyż pas górny i dolny w węzłach są ciągłe a nie przerwane jak w teorii. Ciągłość pasów kratownicy w węzłach pozwala na uzasadnienie (także zgodne z zasadami mechaniki budowli) obliczeniowe faktu, że kratownica z wyciętym krzyżulcem podporowym niekoniecznie stała się ustrojem chwilowo zmiennym a tym samym nie uległa awarii. Moje osobiste uzasadnienie tego faktu w „Referencji nr 2”.

Geneza Referencji nr 3 – natury geometrycznej.

Mając dużo pracy projektowej w pracowni podzleciliśmy na „zewnątrz” wykonanie projektu technicznego konstrukcji nośnej dźwigu dla inwestora francuskiego. Głównymi elementami nośnymi były tu słupy z rur stalowych o średnicy około 1,8 m, specjalnie walcowanych (odpowiedni skład chemiczny – bardzo drogie w wykonaniu), usytuowane skośnie w przestrzeni trójwymiarowej, symetryczne względem siebie, przecięte dołem płaszczyzną poziomą a górą także płaszczyzną poziomą i dodatkowo pionową, usytuowaną skośnie do osi układu współrzędnych „x” i „y”.

Problem polegał na tym, że w dokumentacji otrzymanej z „zewnątrz” brakowało najważniejszego rysunku rozwinięcia jednego ze słupów (ze względu na symetrię wszystkie były jednakowe) bezwzględnie potrzebnego traserowi na warsztacie. Jedyne co było, to widoki w rzucie na płaszczyznę xy i xz. Rury leżały na warsztacie, traser czekał gotowy do pracy, termin gonił a nie można było zrobić ruchu bez jakiegoś konkretu. Oczywiście problem trafił do mnie pewnego dnia o 8.00 ponieważ konstruktor z „zewnątrz” przyznał ze skruszoną miną że nie wie jak to zrobić.
Myślałem jak to rozwiązać do godziny 13.00, a obliczałem do 15.00. Aby uprościć rozwiązanie ustaliłem w porozumieniu z traserem, że zamiast tworzenia żmudnego dla mnie i dla niego rozwinięcia poobcinanej na obydwu końcach płaszcza rury wyznaczę wzajemne kąty skręcenia rzutów półosi długich elips powstałych z cięcia rury płaszczyznami poziomymi i pionową na płaszczyznę prostopadłą do osi podłużnej rury. Ponieważ rzuty półosi długich elips powstałych z cięcia płaszczyznami poziomymi pokrywały się, wystarczyło wyznaczyć jeden kąt pomiędzy rzutem półosi elips powstałych z cięcia płaszczyznami poziomymi względem rzutu półosi długiej elipsy powstałej z cięcia płaszczyzna pionową w funkcji kąta jaki tworzy oś podłużna rury z płaszczyzną xy i kąta jaki tworzy rzut osi podłużnej rury na płaszczyznę xy z osią x lub y prostokątnego układu współrzędnych.
Kąt ten był łatwy do wytrasowania na rurze o znanej średnicy i o obu końcach ciętych płaszczyzną prostopadłą do jej osi podłużnej, a tak była ta rura obcięta. Podobnie łatwe i szybkie było wytrasowanie punktów przecięcia środków elips z osią podłużną rury oraz punktów głównych elips (przecięcia osi elipsy z jej krzywą). Wystarczyło tylko wyciąć dwa szablony z cienkiej blachy w postaci otworów o kształtach dwóch elips i to było całe oprzyrządowanie. Traserowi bardzo się podobało to rozwiązanie wiec tym sposobem zostało to prawidłowo wykonane co potwierdził późniejszy montaż. W „Referencji 3” podaję gotowy wzór na kąt skręcenia i pokazuję szkice bazowe do rozwiązania tego problemu. Sposób wyprowadzenia tego wzoru pozostawiam dociekliwym. Jedyną podpowiedzią jest tu fakt, że podany wzór jest w 100% prawidłowy.

Geneza Referencji nr 4 – natury geometrycznej.

W zakresie jednego z projektów było wykonanie silosu na cement w kształcie ostrosłupa ściętego prawidłowego o podstawie 18 – kąta foremnego. W konstrukcji tej występowały skośne słupy rozmieszczone po obwodzie a pomiędzy nie, obwodowo, na kilku poziomach rozmieszczone były belki stalowe, tzw. cargi. Belka cargowa na styku ze słupem była cięta płaszczyzną ukośną w przestrzeni trójwymiarowej. Oznacza to, że jeżeli profilem belki był dwuteownik walcowany, to koniec tego profilu był tak cięty, że krawędzie cięcia półek i krawędź cięcia środnika nie były prostopadłe do osi podłużnej elementu. Problem polegał na tym, ze wykonawca posiadał piłę do cięcia metalu której płaszczyzna mogła się obracać wokół osi poziomej a nie posiadała możliwości obrotu wokół osi pionowej. Belek takich było około 180 sztuk a końców 360 sztuk a kąt cięcia jednakowy na każdym końcu. Zlecenie cięcia przestrzennego specjalistycznemu zakładowi było podobno bardzo drogie więc zadano pytanie jak wykonać cięcie przestrzenne taką piłą o pionowej osi obrotu. Jak można się tego spodziewać, temat trafił także do mnie. Po chwili namysłu stwierdziłem, że jest to wykonalne, ale trzeba dorobić do prowadnicy taki dystans w kształcie klina o określonym jego kącie. Kąt klina prowadnicy to inaczej kąt obrotu profilu belki wokół jego osi podłużnej. Zagadnienie sprowadziło się do wyznaczenia takich wartości kąta klina i kąta obrotu płaszczyzny piły wokół osi pionowej aby jednym cięciem otrzymać żądany kąt przestrzenny. Problem oczywiście rozwiązałem prawidłowo, ale podaję tylko końcowe wzory na obliczenie wartości składowych kątów z podpowiedzią, że są one w 100% prawidłowe. Sposób wyprowadzenia tych wzorów pozostawiam dociekliwym.