Konstrukční řešení nosného rámu z tenkostěnných za studena tvarovaných profilů

Dominik Gřešica

Master's thesis

Structural design of the supporting frame made of cold-formed thin-walled profiles

Abstract:

Využitelnost tenkostěnných válcovaných profilů nejen ve stavebnictví, má zcela jistě své významné opodstatnění a široké portfolio uplatnění. Ve stavebnictví jsou typickým příkladem systémy zastřešení halových staveb, konstrukce lehkých obvodových plášťů či konstrukční řešení staveb pro bydlení u rodinných domů a vícepodlažních domů bytové výstavby. Široké uplatnění lze nalézt také v návaznosti na halové objekty, a to u systémů pro modulární skladování a logistiku, konkrétně u regálových konstrukcí, kterými se blíže zaobírá předkládaná diplomová práce. Jako hlavní výhody použití tenkostěnných profilů je možno uvažovat rychlost montáže v návaznosti na velice přesné dílenské zpracování jednotlivých konstrukčních prvků, nízkou hmotnost, která umožňuje snadnou manipulaci, úsporu materiálu, pevnost či tuhost a také ekonomický aspekt nižších nákladů na výstavbu konstrukcí. Na druhé straně lze vnímat jako hlavní nevýhodu poměrně složité statické působení tenkostěnných konstrukcí, od čehož se odvíjí složitosti a specifika návrhu a posouzení. Mezi hlavní problémy se řadí štíhlost konstrukčních prvků, která značně ovlivňuje odolnost proti specifickým typům namáhání. Není možné opomenout také důležitost řešení detailů v místě napojení jednotlivých částí konstrukce, které v nemalé míře také ovlivňují výslednou únosnost. Zadaná diplomová práce se zabývá statickou analýzou detailu nosné rámové konstrukce regálových systémů z tenkostěnných za studena tvarovaných profilů. První část práce se zaměřuje na obecný úvod do problematiky a rešerši současných norem pro navrhování ocelových konstrukcí, numerických výpočtů a softwarového řešení. Následná analýza byla provedena na příkladu reálných nosných rámových konstrukcí regálových systémů s uvážením vybraného typu napojení diagonál na stojinu rámu. V rámci práce bylo provedeno normové analytické posouzení vybrané konstrukce dle platných norem pro navrhování regálových systémů zejména ČSN EN 1993-1-3 a ČSN EN 15512 +A1. K posouzení byly využity hodnoty vnitřních sil z analýzy konstrukce v komerčním softwaru. Globální analýza byla provedena v softwarech Dlubal RSTAB 8.32 a Scia Engineer 22.1. Pro automatizovaný normový posudek regálové konstrukce byla vytvořena výpočetní aplikace ve skriptovacím jazyce Visual Basic for Applications. Normový analytický výpočet byl doplněn o analýzu detailu přípoje diagonály na stojinu rámu v softwaru Ansys Workbench.

Abstract:

The usability of thin-walled rolled profiles not only in the construction industry certainly has its significant justification and a wide range of applications. Typical examples in the construction industry are roofing systems for hall buildings, lightweight envelope constructions or structural solutions for housing in single-family houses and multi-storey apartment buildings. A wide range of applications can also be found in connection with shed buildings, namely in systems for modular storage and logistics, specifically in racking structures, which are the subject of the present thesis. The main advantages of the use of thin-walled profiles are the speed of assembly in relation to the very precise workshop processing of the individual structural elements, the low weight, which allows easy handling, material savings, strength or rigidity and the economic aspect of lower construction costs. On the other hand, the main disadvantage can be perceived as the relatively complex static behaviour of thin-walled structures, from which the complexities and specificities of design and assessment derive. Among the main problems is the slenderness of the structural elements, which significantly affects the resistance to specific types of stresses. The importance of the detailing of the connection points of the various parts of the structure, which also affect the final load-bearing capacity, cannot be overlooked. The thesis deals with the static analysis of the detail of the load-bearing frame structure of racking systems made of cold-formed thin-walled profiles. The first part of the thesis focuses on a general introduction to the subject and a survey of current standards for the design of steel structures, numerical calculations and software solutions. The subsequent analysis was carried out on the example of real frame structures of racking systems, considering selected types of diagonal connections to the frame rack. The work included a standard analytical design of the selected structure according to the valid standards for design of racking systems, in particular CSN EN 1993-1-3 and CSN EN 15512+A1. The global analysis was carried out in Dlubal RSTAB 8.32 and Scia Engineer 22.1 software. For the automated standard assessment of the rack structure, a computational application was created in the Visual Basic for Applications scripting language. The standard analytical calculation was complemented by a detail analysis of the diagonal connection to the frame rack in Ansys Workbench software.

Keywords

Tenkostěnné za studena tvarované profily, detail ocelové konstrukce, napojení diagonály, posouzení únosnosti, automatizace posudku, rámová konstrukce, Dlubal RSTAB, Scia Engineer, VBA, ANSYS, LaTeX.

Keywords

Thin-walled cold-formed profiles, steel construction detail, connection of diagonal, carrying capacity assessment, assessment automatization, frame construction, Dlubal RSTAB, Scia Engineer, VBA, ANSYS, LaTeX.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 6. 5. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 4. 6. 2024
• Supervisor: Petr Lehner
• Reader: Jakub Flodr

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta stavební

Master programme:
Stavební inženýrství - Konstrukce staveb