01_Biegus_A_i_inni_Zagrozenie_awaryjne_i_wzmocnienie_dachu_hali_po_wybuchu_pieca_elektrycznego.pdf

XXIV

awariebudowlane

XXIVKonferencjaNaukowoTechniczna

SzczecinMiędzyzdroje,2629maja2009

Prof. dr hab. inŜ. A NTONI B IEGUS , antoni.biegus@pwr.wroc.pl

Dr inŜ. D AWID M ĄDRY , dawid.madry@pwr.wroc.pl

Politechnika Wrocławska

ZAGRO ś ENIE AWARYJNE I WZMOCNIENIE DACHU HALI

PO WYBUCHU PIECA ELEKTRYCZNEGO

FAILURE HAZARD AND STRENGHENING OF THE ROOF IN STEEL INDUSTRIAL BUILDING

AFTER EXPLOSION OF ELETRIC FURNACE

Streszczenie Wybuch pieca elektrycznego spowodował lokalne uszkodzenie dachu hali przemysłowej. Jest to

stalowa hala o konstrukcji szedowej, ze strunobetonowymi płytami dachowymi o rozpiętości 12,62 m. W wyniku

eksplozji zostały zniszczone Ŝebra płyt strunobetonowych, które są ich głównymi elementami nośnymi. Stan

techniczny strunobetonowych płyt był awaryjny. Z powodu niedostatecznej wytrzymałości powstało zagroŜenie

zawalenia się dachu hali. W pracy przedstawiono sposób jego wzmocnienia.

Abstract An explosion of electric furnace caused a local damage of the roof in steel industrial building. This

building has a saw-tooth roof covering, constructed from pre-stressed plates with 12,62 m of span. The explosion

caused a local damage of plates pre-stressed ribs, which are the roof main structural elements. The technical

condition of the plates has been assessed as an emergency state due to the loss of the plates’ strength and the

hazard of their fall down. The damage repair has been presented herein.

1. Wst ę p

320 kg. W wyniku wybuchu

pieca, jego stalowe pokrywy zostały wyrzucone ku górze i uderzyły w strunobetonowe płyty dachu

hali. Spowodowało to zniszczenie nośnych Ŝeber dachowych płyt strunobetonowych i zagroŜenie

awaryjne obiektu. Z powodu niedostatecznej wytrzymałości płyty dachowe mogły spaść na

posadzkę hali. W pracy przedstawiono konstrukcję wzmocnienia oraz realizację naprawy uszko-

dzonego dachu hali.

2. Opis konstrukcji hali

Schemat konstrukcji badanej, dwunawowej hali przemysłowej pokazano na rys. 1.

Rozpiętość jej naw wynosi 30,0 m. Układy poprzeczne hali są rozstawione co 12 m. Szero-

kość hali wynosi 2

30,0 = 60,0 m, długość 27

12 = 324,0 m, a jej wysokość około 15,0 m.

Badany obiekt jest duŜą halą przemysłową (o powierzchni 19 500 m 2 ) w jednym z zakładów

hutniczych metali nieŜelaznych, zlokalizowanym w południowej Polsce. Jest to hala stalowa,

w której znajduje się piec elektryczny (o długości około 48 m). SłuŜy on do wyŜarzania wyrobów

miedzianych (rur PA-600) w atmosferze ochronnej. W części chłodniczej piec jest wyposaŜony

w stalowe pokrywy zbiornika olejowego, których masa wynosi 160

Konstrukcje stalowe

Rys. 1. Schemat konstrukcji nośnej hali

812

Biegus A. i inni: Zagro Ŝ enie awaryjne i wzmocnienie dachu hali po wybuchu pieca elektrycznego

12. Słupki kratownic W1

wykonano o przekroju skrzynkowym z 2 ceowników, zaś krzyŜulce zaprojektowano jako

pręty dwugałęziowe z 2 ceowników. W kierunku podłuŜnym hali dźwigary kratowe W1

usztywniono na całej długości obiektu: w osi C – pionowymi stęŜeniami międzywiązarowymi,

o konstrukcji kratowej, w osi A zaś Ŝelbetowymi płytami ściennymi.

Konstrukcję wsporczą kratownic dachowych W1 w osiach zewnętrznych hali A i C stano-

wią słupy S1, w osi wewnętrznej hali B zaś słupy S2. Stalowe słupy główne S1 i S2 słuŜą

równieŜ do oparcia stalowych belek podsuwnicowych, dlatego zaprojektowano je o skokowo

zmiennej sztywności. W części podsuwnicowej są one o konstrukcji dwugałęziowej (wykrato-

wanej) w części nadsuwnicowej zaś jednogałęziowe. Całkowita wysokość słupów S1 i S2

wynosi około 10,6 m. Wysokość ich części podsuwnicowej wynosi 7,15 m. Gałęzie słupów

części podsuwnicowej wykonano z І 400. Rozstaw gałęzi słupów wynosi: 1500 mm, w przy-

padku słupów wewnętrznych S2 oraz 750 mm w słupach zewnętrznych S1. Gałęzie słupów

S1 i S2 w części podsuwnicowej są połączone wykratowaniem z ∟ 60´60´6.

Podstawy słupów głównych S1 i S2 połączono z fundamentami w sposób sztywny zarówno

w płaszczyźnie jak i z płaszczyzny układów poprzecznych hali, za pomocą 8 śrub kotwiących M24.

W osiach A, B i C hali, w polu pomiędzy osiami 14 i 15 oraz pomiędzy osiami 23 i 24

zastosowano portalowe stęŜenie międzysłupowe.

W kaŜdej nawie hali są zainstalowane 3 suwnice o udźwigu 50 kN oraz 1 suwnica

o udźwigu 125 kN. Poruszają się one po stalowych belkach podsuwnicowych, o wysokości

konstrukcyjnej 1000 mm. Zaprojektowano je o przekroju dwuteowym, spawanym z blach.

Stalowe belki podsuwnicowe wyposaŜono w poziomy, kratowy tęŜnik hamowny.

Jako elementy osłonowe dachu hali zastosowano płyty P. Są to płyty strunobetonowe

o symbolu PDS-1. Ich długość wynosi 12,62 m, szerokość zaś 2,0 m. Płyty strunobetonowe

(o przekroju

12, pas dolny zaś z [ 240 oraz ∟ 180

180

16 i ∟ 80

180

) mają 2 Ŝebra, w rozstawie 1,0 m (patrz rys. 1, przekrój C-C). Wysokość Ŝeber

wynosi: 0,4 m – w środku rozpiętości oraz 0,3 m – na podporze. śebra płyt są spręŜone

5 splotami 7

2,5. Masa własna płyty strunobetonowej wynosi 3870 kg.

Płyty strunobetonowe PDS-1 opierają się z jednej strony na pasie górnym dachowych

kratownic W1, z drugiej strony zaś na pasie dolnym sąsiednich dachowych kratownic W1.

Według projektu [2] podporowe marki płyt strunobetonowych PDS-1 zostały przyspawane do

pasów górnych i pasów dolnych kratownic W1, a wypuszczone z dachowych płyt PDS-1

zbrojenie Æ10 i dodatkowe z pręta Æ12 zalano betonem. Ponadto, znajdujące się wzdłuŜ kra-

wędzi bocznych zbrojenie

10 sąsiednich płyt połączono prętem

12 i styk ten wypełniono

betonem pachwinowym.

NaleŜy zaznaczyć, Ŝe tarcze utworzone z dachowych płyt strunobetonowych PDS-1

stanowią zabezpieczenie ściskanych pasów górnych kratownic W1 przed ich wyboczeniem

z płaszczyzny ustroju [2], spełniając zadanie stęŜenia połaciowego.

Dach hali jest nieocieplany. Pionowe płaszczyzny dźwigarów kratowych W1 oraz ściany

szczytowe są przeszklone.

813

Układy porzeczne hali składają się z dźwigarów kratowych W1 oraz słupów głównych S1

i S2. Połączenie dźwigarów kratowych W1 ze słupami S1 i S2 zaprojektowano jako przegu-

bowe. Słupy S1 i S2 są utwierdzone sztywno w fundamentach.

Dach hali jest typu szedowego. Jego konstrukcję nośną stanowią stalowe dźwigary kratowe

W1. Opierają się one z jednej strony na słupach zewnętrznych S1, z drugiej strony zaś na

słupach wewnętrznych S2.

Dźwigary kratowe W1, o rozpiętości około 30,0 m i wysokości konstrukcyjnej 4,0 m, są

o pasach równoległych, z wykratowaniem typu N. Pasy górne i pasy dolne kratownic W1

zaprojektowano jako pręty dwugałęziowe w rozstawie 160 mm. Pręty kratownic W1 zapro-

jektowano z kształtowników walcowanych na gorąco. Pas górny dano z: 2 [ 220 oraz

∟ 100

200

Konstrukcje stalowe

3. Opis uszkodze ń hali po wybuchu pieca

Bezpośrednią przyczyną uszkodzenia hali był wybuch pieca elektrycznego, który miał

miejsce w dniu 01.08.2008 r. [3]. W nawie A-B hali, w polach pomiędzy osiami 21 i 26

(w pobliŜu ściany bocznej w osi A) jest zainstalowany piec elektryczny do wyŜarzania wyro-

bów miedzianych w atmosferze ochronnej. W części chłodniczej piec jest obudowany stalo-

wymi pokrywami, których masa wynosi od 160 kg do 320 kg. W wyniku wybuchu pieca

zostały one wyrzucone ku górze i uderzyły w strunobetonowe płyty dachu hali. Skutkiem tego

uderzenia było zniszczenie 2 przedskrajnych („drugiej” i „trzeciej” płyty od ściany bocznej),

strunobetonowych płyt dachowych w polu między osiami 24 i 25, w nawie A-B (rys. 1).

Uszkodzone zostało pole dachu hali o wymiarach w rzucie 4,0´12,0 m.

Z uwagi na zagroŜenie awaryjne, na czas do wykonania naprawy dachu, uszkodzone płyty

dachowe podstemplowano, wykorzystując w tym celu most suwnicy dwudźwigarowej.

Stalowe pokrywy obudowy pieca uderzając w Ŝebra dachowych płyt strunobetonowych,

spowodowały „wyłupanie” betonu Ŝeber, odsłonięcie strun spręŜających płyty oraz ich

przerwanie (rys. 2 i 3). śebra płyt strunobetonowych popękały i płyty ugięły się o około 7 cm.

Uszkodzenia 2 Ŝeber w płycie „drugiej” i 1 Ŝebra w płycie „trzeciej” były usytuowane w po-

bliŜu środka rozpiętości płyt strunobetonowych (w przekrojach ich największych wytęŜeń).

Ponadto powstały jeszcze po 2 uszkodzenia Ŝeber, które były usytuowane w około 1/3 rozpię-

tości płyt strunobetonowych. Widok ogólny uszkodzeń dachowych płyt strunobetonowych

w polu między osiami 24 i 25 (w nawie A-B) pokazano na rys. 2. Na rys. 3 pokazano przerwa-

ne struny spręŜające w Ŝebrze uszkodzonej płyty dachowej PDS-1.

W wyniku podmuchu fali powietrza po eksplozji pieca elektrycznego zniszczone zostało

zarówno przeszklenie ściany czołowej, której odległość od miejsca wybuchu wynosiła około

40 m jak i ściany bocznej hali, która przylega do pieca elektrycznego.

Rys. 2. Widok uszkodzonych Ŝeber płyt strunobetonowych PDS-1, w nawie A-B w polu między osiami 24 i 25

814

Biegus A. i inni: Zagro Ŝ enie awaryjne i wzmocnienie dachu hali po wybuchu pieca elektrycznego

Rys. 3. Przerwane struny spręŜające płyty dachowej PDS-1

4. Opis konstrukcji i realizacji wzmocnienia płyt dachowych

W płytach dachowych P zniszczone zostały ich główne elementy nośne tj. Ŝebra, w których

m.in. przerwaniu uległy struny spręŜające (rys. 3). Stąd, ich stan techniczny uznano za

awaryjny. Z powodu niedostatecznej wytrzymałości uszkodzone płyty dachowe P mogły spaść

na posadzkę hali. W konsekwencji mogłoby to doprowadzić do katastrofy obiektu, gdyŜ płyty

dachowe P oprócz funkcji osłonowej, spełniają zadanie stęŜenia dachu hali.

System konstrukcyjny obiektu jest o szeregowym modelu niezawodnościowym (rys. 4c).

W skład minimalnego krytycznego zbioru (MKZ) tego systemu wchodzi 1 element sprawczy

(rys. 4d). Dlatego wyczerpanie nośności 1. płyty dachowej P (rys. 4a) lub 1. dźwigara

kratowego W1 (rys. 4b) prowadzi do geometrycznej zmienności systemu konstrukcyjnego

hali.

Rys. 4. Schematy zniszczenia (a, b), model niezawodnościowy (c) i MKZ elementów sprawczych (d) systemu

konstrukcyjnego hali

815

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: