Berekening van referentiehal Deel II Lightweight cold rolled steel construction systems Mei 2006 Delft, University of Technology Faculty of Civil Engineering
Lightweight cold rolled steel construction systems Berekening van referentiehal Deel II Mei 2006 C. van Zandwijk Studienummer: 1106899 C.vanZandwijk@Student.TUDelft.nl 06 10271005 Afstudeercommissie: Prof.dipl-ing. J.N.J.A. Vambersky Dr. A. Romeijn, TU Delft Ir. A.M. Gresnigt, TU Delft Ing. L. Noordzij, KS Profiel
Voorwoord Voor u ligt het tweede deelrapport van het afstudeeronderzoek dat gedaan is als afronding van de opleiding Civiele Techniek aan de Technische Universiteit van Delft. Dit afstudeeronderzoek wordt gedaan in het kader van de Mastervariant Building Engineering. Naast dit tweede deel van het afstudeerrapport is er een tweede spreadsheet bundel geschreven waarin de systematiek en uitvoer van de constructieberekening, bij toepassing van koudgevormde profielen, wordt gegeven. De aanleiding tot dit onderzoek was een advertentie die noopte tot verdere informatie aanvraag bij het bedrijf KS Profiel. Dit bedrijf is opzoek naar een verdere uitbreiding van haar mogelijkheden op het gebied van het koud vormen van profielen. Deze uitbreiding verwacht het bedrijf te vinden in het vervaardigen van koudgevormde hoofddraagconstructies voor systeembouw in de industriële sector en de agrarische sector. Omdat de eigenschappen van de koudgevormde profielen relatief onbekend is en omdat met name gedoeld wordt op systeembouw wenst men een inzichtelijke en praktische werkwijze te genereren zodanig dat het op relatief eenvoudige wijze mogelijk is de wensen van de klant te converteren in een concreet advies en ontwerp. In het eerste deel van het afstudeeronderzoek is de basis gelegd voor de verdere onderzoek. Dit tweede deel bevat verdere uitwerking van het gestelde doel, de berekening van koudgevormde profielen. Naast de berekening van de totale draagconstructie is er gezocht naar efficiënte detailleringen van diverse verbindingen en afbouwcomponenten. Mijn bijzondere dank gaat uit naar prof. Vambersky, dr. Romeijn, ir. Gresnigt en ing. Noordzij die als leden van de afstudeercommissie, sturing, correctie en informatie hebben verstrekt bij de totstandkoming van dit tweede deel van het afstudeeronderzoek. Nieuw-Beijerland, mei 2006 Mei 2006 1
Samenvatting Nadat de basis voor de berekening van de referentiehal gelegd is, wordt de berekening van de referentiehal, uitgevoerd in koudgevormde profielen, beschreven. Omdat de belastingen bij de referentiehal uitgevoerd met warmgewalste profielen, met uitzondering van het eigengewicht, gelijk zijn aan de belastingen bij de referentiehal uitgevoerd met koudgevormde profielen, is het mogelijk een equivalente constructieberekening te maken. Omdat het vaststellen en het toetsen van koudgevormde profielen omvangrijk maar repeterend is, wordt in de eerste plaats een spreadsheet geschreven die dezelfde opbouw heeft als de spreadsheet zoals deze geschreven is voor de berekening van een warmgewalste constructie. Door middel van een iteratieve methode in de spreadsheet is het mogelijk de diverse profielafmetingen vast te stellen. Na het vaststellen van de profielafmetingen voor de diverse onderdelen wordt de uittrekstaat van de totale constructie gemaakt en wordt een prijsindicatie gegeven. Met de spreadsheet voor de referentiehal uitgevoerd met warmgewalste profielen en de spreadsheet voor de berekening van de referentiehal uitgevoerd met koudgevormde profielen worden enkele vergelijkingsprocedures uitgevoerd voor hallen met overspanningen van 10 tot 25 meter. Aan de hand van deze vergelijkingsprocedures worden enkele conclusies getrokken met de trekking tot de toepassing van warmgewalste profielen in relatie tot de toepassing koudgevormde profielen. De verbindingen vormen een significant onderdeel van de kostprijs van een constructie, belangrijk is daarom een goede detaillering van een verbinding. Om tot een goede detaillering te komen worden in de eerste plaats de eisen en bezwijkmechanismen van een verbinding behandeld. Na het vaststellen van de ontwerprichtlijnen worden mogelijke opties voor de specifieke verbinding gepresenteerd en afgewogen. Na afweging van de verbindingsoptie wordt het gekozen alternatief verder uitgewerkt en berekend. Tot slot worden enkele afbouwaspecten behandeld, waarna er een conclusie getrokken wordt voor de verhouding van de kosten voor warmgewalste verbindingen ten opzicht van de kosten voor koudgevormde verbindingen. Mei 2006 2
Inhoudsopgave VOORWOORD... 1 SAMENVATTING... 2 5. DIMENSIONERING VAN REFERENTIEHAL UITGEVOERD IN K.G.P... 4 5.1 UITGANGSPUNTEN VOOR DE REFERENTIEHAL... 4 5.2 ONTWERP VAN DE REFERENTIEHAL... 6 5.3 BEREKENING VAN DE STAALCONSTRUCTIE... 9 5.3.1 Belastingen algemeen... 9 5.3.2 Belastingen op het hoofdspant... 9 5.3.2.1 Berekening van profieleigenschappen van het hoofdspant... 11 5.3.2.2 Toetsing van het hoofdspant... 24 5.3.2.3 Overige constructieonderdelen... 31 5.3.3 Uittrekstaat van de constructie... 34 5.3.3.1 Uittrekstaat... 34 5.3.3.2 Conclusie gewichtsbesparing en kostenbesparing... 35 5.4 GEWICHTSVERGELIJKINGEN EN PRIJSVERGELIJKINGEN VOOR DIVERSE GEVALLEN... 36 5.4.1 Vergelijkingsprocedure 1... 36 5.4.2 Vergelijkingsprocedure 2... 39 5.4.3 Vergelijking tussen open en gesloten hal... 42 5.4.4 Conclusie vergelijkingsprocedures... 45 5.5 CONCLUSIE... 47 6. VERBINDINGEN... 48 6.1 VERBINDINGEN ALGEMEEN... 48 6.2 EISEN VOOR VERBINDINGEN... 50 6.3 BEZWIJKMECHANISMEN... 51 6.4 REGELS VOOR BEREKENEN EN ONTWERPEN VAN VERBINDINGEN... 53 6.5 ONTWERP VAN VERBINDINGEN... 54 6.5.1 De voetverbinding... 54 6.5.1.1 Afweging van de alternatieven voor de voetverbinding... 59 6.5.1.2 Berekening van gekozen voetverbinding... 61 6.5.2 De knieverbinding... 66 6.5.2.1 Afweging van de alternatieven voor de knieverbinding... 73 6.5.2.2 Berekening van gekozen knieverbinding... 74 6.5.3 De nokverbinding... 76 6.5.3.1 Berekening van de nokverbinding... 79 6.5.4 De verbinding van windverbandstaven... 81 6.5.4.1 Windverbanden in de gevel... 82 6.5.4.2 Windverbanden in het dak... 86 6.5.4.3 Schijfwerking van dak- en wandbeplating... 88 6.5.5 De verbinding van wandregels... 91 6.5.5.1 Keuze en berekening van wandregelverbinding... 93 6.5.6 De verbinding van dakgordingen... 95 6.5.6.1 Berekening van dakgordingverbinding... 95 6.5.7 De verbindingen in de kopgevel... 96 6.5.7.1 De voetverbinding... 96 6.5.7.2 De knieverbinding... 96 6.5.7.3 De nokverbinding... 97 6.5.7.4 De gevelstijlverbinding... 99 6.5.7.5 De verbinding van de windverbanden... 100 6.5.7.6 De verbinding van de wandregels... 101 6.5.7.7 Verbinding van de dakgordingen... 101 6.5.8 Verbinding van afbouwelementen... 102 6.5.8.1 Raam- en deurconstructie... 102 6.5.8.2 Afwerkprofielen... 104 6.5.8.3 Goten... 105 6.6 CONCLUSIE VERBINDINGEN... 105 Mei 2006 3