Hogyan számítható ki a teher a raktárak tetőtartói számára?

A raktár tetőtartó tervezését befolyásoló teherfajták

A raktárak tetőtartó szerkezeteinek három fő tehercsoportot kell elviselniük. Ezek erősségének pontos kiszámítása elengedhetetlen a szerkezeti integritáshoz és a szabályzatoknak való megfeleléshez.

Önsúly: A tetőszerkezet, fogógerendák és állandó szerelvények súlya

A saját súly az épületből származó állandó lefelé ható terheléseket jelenti. Ilyenek például a tetőszerkezet anyagai, a hőszigetelési rétegek, a tetőn keresztül futó tartógerendák, valamint minden olyan elem, amelyet véglegesen rögzítenek, mint például kipufogó ventilátorok vagy tetőablakok. Amikor konkrétan raktárépületeket vizsgálunk, azok a vízszintes tartógerendák, amelyek a tető terhelését továbbítják a tartószerkezetekre, általában körülbelül 3–5 font/ négyzetláb (psf) terhelést jelentenek. A fémtetőzés ezen felül további 2–4 psf-ot ad hozzá. Ne feledkezzünk meg a szerelvényekről sem! Csak a tűzoltó öntözőrendszerek kb. 1–2 psf terhelést jelentenek. Ezek figyelmen kívül hagyása komoly számítási hibákhoz vezethet az alsó öv igénybevételének meghatározásánál, akár 15%-os eltérés is előfordulhat. Ezért olyan fontos a pontos saját súly meghatározása a szerkezeti integritás érdekében.

Hasznos teher: Raktári állványok, légkondicionáló berendezések és karbantartó személyzet

A hasznos teher ideiglenes vagy mozgatható súlyokat foglal magában. Raktárépületekre jellemző tényezők:

• Tároló rácsokat : A nagy sűrűségű rendszerek 20–50 psf koncentrált terhelést jelentenek a rácsos tartó paneleknél
• Klimaegységek : A tetőberendezések 10–30 psf terhelést adnak hozzá; elhelyezésük kritikusan befolyásolja a terheléseloszlást és a kapcsolatok tervezését
• Karbantartó személyzet : Az OSHA előírja, hogy a tervek figyelembe vegyenek egy 250 lb-os koncentrált hasznos terhelést karbantartás közben

Bár az ASCE 7-22 előír egy minimális 20 psf egységes hasznos terhelést lapostetőkre, az olyan raktárak, amelyek tetőn tárolnak vagy gépészeti berendezéseket helyeznek el, gyakran jelentősen meghaladják ezt az alapot – és ennek megfelelően kell őket tervezni.

Környezeti terhelések: Hóterhelés, szélfelhajtási erők és földrengési megfontolások az ASCE 7 szerint

Az éghajlatfüggő veszélyek szigorú, helyszín-specifikus elemzést igényelnek:

• Hóterhelések régióként változnak (pl. 30 psf Michiganben vs. 5 psf Texasban). A hófúvódás a parapetek közelében akár 300%-kal is növelheti a helyi terheléseket az ASCE 7 7. fejezete szerint.
• Szélfelhajtás az erők megfordíthatják a rácsrudak feszültségeit – nyomott elemeket húzott elemekké alakítva – ami erős húzókapcsolatokat igényel. A nagyterű raktárak 25%-kal magasabb felemelkedési kockázatnak vannak kitéve hurrikánveszélyes területeken.
• Szeizmikus terhelések , az ASCE 7 12.4 szakasza által szabályozva, meghatározzák a merevítő elrendezéseket és a vízszintes erőket felvevő rendszerek teljesítményét aktív törésvonalak közelében.

Egy 2023-as iparági tanulmány kimutatta, hogy a raktári rácsos tartók hibáinak 68%-a a környezeti terhelések helytelen kiszámításából adódott – hangsúlyozva, miért nem elegendőek az általános feltételezések.

A raktárakra jellemző tényezők, amelyek befolyásolják a tetőrácsos tartók teherbírását

Nagytávolságú elrendezések és a rácsos tartók közötti távolság hatása a lehajlásra és a kihajlásra

A tetőtartók raktárakban gyakran használatosak olyan nagy, nyitott terekhez, ahol nincs szükség belső oszlopokra. A probléma akkor merül fel, amikor ezek a hosszú nyílások nagyobb hajlítóerőket hoznak létre a tartó rudakban. A szilárdságtani alaptörvények szerint ezek az erők valójában a nyílás hosszának négyzetével arányosan növekednek. Amikor nagyon széles nyílásokról beszélünk, mondjuk 24 méternél (80 lábnál) nagyobbra, a tervezők általában inkább azon aggódnak, mennyire fog lehajolni a szerkezet, semmint csak azon, hogy egyáltalán elbírja-e a terhelést. Ezért hosszabb nyílások esetén a tartók magassága növekszik, vagy más anyagokra lehet szükség. A tartók közelebbi elhelyezése, például 1,2 méterenként (4 lábonként) ahelyett, hogy 2,4 méterenként (8 lábonként), segít rövidebbé tenni a segédtartók (purlin) nyílásait, és jobban elosztja a terhet – például berendezések vagy járkáló személyzet súlyát. Ez csökkenti az egész rendszer összeomlásának kockázatát. A legtöbb építési szabvány korlátozza a lehajlást kb. L/240-ra az ideiglenes terhelések esetén, főleg azért, mert senki sem akarja, hogy repedezzenek a mennyezetek, vagy zavarodjanak meg a működtetési folyamatok a szerkezeti problémák miatt később.

Nagy sűrűségű tárolóterhelések és hatásuk az alsó húzott öv feszültségére

Amikor nagy sűrűségű palettás raktározórendszerekről beszélünk, ezek koncentrált pontterheléseket hoznak létre, amelyek egyenesen áthaladnak a koszorúléceken, és elérve a tartóelemek csomópontjait. Ez jelentős húzófeszültséget generál az alsó öveken, különösen a nyílás középső szakaszán. A szerkezeti modellek azt mutatják, hogy minden további négyzetlábanként 1000 font (körülbelül 453,6 kg) tárolt terhelés akár 15-20%-kal is növelheti az alsó öv feszültségét. A környezeti terhelések nagyobb területen oszlanak el, míg a raktározórendszerből származó erők meghatározott helyeken éles feszültségcsúcsokat okoznak. Ez azt jelenti, hogy a mérnököknek erősíteniük kell a kapcsolódási pontokat, vastagabb övszelvényeket kell alkalmazniuk, vagy újragondolniuk kell, hogyan jutnak át a terhelések a szerkezeten. Az alapvető fontosságú, hogy a terhelésátadási utak folyamatosak maradjanak szakadások nélkül, így megelőzve, hogy egyetlen elem meghibásodása teljes rendszerösszeomláshoz vezessen.

Lépésről lépésre: terhelésszámítási folyamat tetőtartók raktáralkalmazásaihoz

Kritikus bemenetek gyűjtése: Akna méretei, használati besorolás és helyi kód követelmények

A folyamat megkezdésekor fontos az adott raktárra vonatkozó részletek gyűjtése. Mérje le a csarnok méreteit, beleértve az átjárók szélességét, az oszlopok közötti távolságot, valamint figyelje meg a tető lejtését. Állapítsa meg azt is, hogy mire fogják ténylegesen használni a teret – például nagy mennyiségű, sűrűn egymás mellé pakolt készlet tárolására, vagy esetleg könnyű gyártási tevékenységre. Az éghajlati viszonyok is számítanak. A hóterhelés akár 40%-kal is eltérhet attól függően, hogy az ország melyik részén helyezkedik el az épület, az ASCE 7-22 szabványok szerint. A helyi hatóságok gyakran tovább finomítják ezeket az előírásokat, így ezek konkrét ellenőrzése elengedhetetlen. Vegye példának a földrengésveszélyességi zónákat. A 4-es zónában lévő épületek kb. 30%-kal nagyobb ellenállást igényelnek a vízszintes irányú erőkkel szemben, mint a 1-es zónában lévők. Mindezen adatok pontos meghatározása az egész következő tervezési folyamat alapját képezi, és biztosítja, hogy mindenki megfeleljen a helyi előírásoknak.

ASCE 7 terhelési kombinációk alkalmazása raktárak tetőszerkezeteinek tervezéséhez

A szerkezetek tervezésekor a mérnököknek figyelembe kell venniük többféle, egyszerre ható terhelést. A tartós teher általában körülbelül 12 font négyzetlábanként, például fémtálcák esetében. Az ideiglenes terhelés 20 és 25 psf között változik attól függően, mi van tárolva az adott helyen. A hóterhelés akár 50 psf-re is nőhet a Nagy-tavak régiójában. Ne feledkezzünk meg a szélfelemelkedési erőkről sem. Mindezen tényezőket az ASCE 7-22 irányelvei szerint kombinálják. Néhány kombináció fontosabb másoknál. Vegyük például az 1,2D + 1,6L + 0,5S értéket. Ez a konkrét kombináció határozza meg, mekkora húzóerő alakul ki a raktárterületek súlyos tartalmú alsó öveiben. Még ha olyan programok, mint a Revit végzik is automatikusan a legtöbb számítást, ebben az esetben is szükség van a hagyományos ceruzás-papíros ellenőrzésre. A szoftverek biztosan felgyorsítják a folyamatot, ebben nincs kétség. De semmi sem helyettesítheti az igazi mérnöki tapasztalatot, amikor tartószerkezetek formáját, a kapcsolatok viselkedését feszültség alatt, vagy azt vizsgáljuk, hogy a terhelésátadási útvonalak szerkezeti szempontból értelmesek-e.

Biztonsági tényezők és iparági szabványok (AISC, NDS) szerinti érvényesítés

Mindig ellenőrizze kétszer a tervezési eredményeket az AISC biztonsági tényezői alapján, amelyek általában 1,5 és 2,0 között mozognak a folyáshatár-számításoknál. Fa elemekkel dolgozva ne feledje figyelembe venni az NDS előírásait a megengedett feszültségekre is. Az acél tartószerkezetek tervezése különös figyelmet igényel. A horpadási ellenállásnak legalább 25%-kal magasabbnak kell lennie, mint amit az axiális terhelésekre és hajlítónyomatékokra számítottunk, az AISC 360-23 legfrissebb irányelvei szerint. És mielőtt bármilyen fémet vágnánk, végeztesse el a harmadik fél általi felülvizsgálatot. A szakértői ellenőrzés pecsételt számításokon keresztül nem csupán papírmunka – ez elengedhetetlen biztosíték a költséges hibák ellen a tényleges gyártás során.

A tetőtartók raktárprojektekre vonatkozó megfelelőségének és szerkezeti integritásának biztosítása

A szerkezeti szabványoknak való megfelelés nem választható lehetőség, amikor raktárbeli tetőtartó rendszerekről van szó. A mérnököknek ellenőrizniük kell, hogy a saját súlytól kezdve az ideiglenes terhelésekig és a környezeti tényezőkig minden megfeleljen az IBC iránymutatásainak és az ASCE 7 előírásainak. Nehéz áruk tárolására szolgáló raktárak esetén különösen fontossá válik az alsó öv húzófeszültségének ellenőrzése. Nem csupán arról van szó, hogy a szerkezet normál körülmények között is tartja-e magát, hanem arról is, hogy elkerülhetők legyenek a meghibásodások akkor, amikor a terhelések hirtelen változnak. Ezeknek a szerkezeteknek a gyártása és felállítása során rendszeres ellenőrzéseket kell végezni annak igazolására, hogy a hegesztések elegendően erősek, a rozsdamentesítő bevonatok megfelelően fel lettek-e vitelve, és a tűzgátló anyagok megfelelnek-e az ASTM szabványoknak. A építkezés befejezése után a tartók állapotának nyomon követése érdekében körülbelül két évente ellenőrzéseket kell végezni a feszültségi repedések kialakulására, a fém kezdődő korróziójára vagy az anyagok egyszerű elkopására. Az összes számítás, anyagvizsgálati eredmény és független laboratóriumi jelentés valahol biztonságos helyen meg kell őrizni, hogy később bárki számára hozzáférhető legyen a megfelelés ellenőrzéséhez. És valljuk be, a hosszú távú siker nagyban függ az utólagos figyelemmel kísért tevékenységektől. Különös figyelmet kell fordítani a tetőkre felhalmozódó hó mennyiségére, valamint arra, hogy a szerkezet mennyire ellenálló a szél általi felemelkedési erőkkel szemben durva időjárási viszonyok közepette. Hihetetlen, de akár egyetlen Celsius-fok különbség is körülbelül fél százalékkal befolyásolhatja, mennyire hajlik vagy hajlik meg a tetőtartó.

Gyakran Ismételt Kérdések

Melyek a raktárkialakításra ható fő terheléstípusok?

A raktárkialakítást befolyásoló fő terheléstípusok közé tartoznak az állandó terhelések, az ideiglenes terhelések, valamint a környezeti terhelések, mint például a hóterhelés, a szélfelemelkedés és a szeizmikus viszonyok.

Miért fontos az állandó terhelés kiszámítása a raktárkialakítás során?

Az állandó terhelés kiszámítása elengedhetetlen, mivel a tetőszerkezet, a koszorúk és az állandó szerelvények állandó lefelé ható nyomásából tevődik össze, amelyek közvetlenül befolyásolják a raktár szerkezeti integritását.

Hogyan változhatnak régióról régióra a környezeti terhelések?

A környezeti terhelések, például a hóterhelés jelentősen eltérhetnek a régiótól függően (például 30 psf Michiganben és 5 psf Texasban), és a helyszíni éghajlati viszonyok alapján kell őket elemezni.

Milyen szerepet játszanak az ideiglenes terhelések a raktár tetőtartó szerkezetének tervezésében?

Az élő terhek ideiglenes vagy mozgatható súlyokból állnak, például raktári állványok, légkondicionáló egységek és karbantartó személyzet, és kritikus szempontot jelentenek annak érdekében, hogy a tartóképesek legyenek további, dinamikus terhelések viselésére.

Miért fontos az ASCE 7-hez hasonló szabványok betartása?

Az ASCE 7-hez hasonló szabványok betartása elengedhetetlen a szerkezeti integritás és biztonság biztosításához, mivel ezek a szabványok iránymutatást adnak a terhelési számításokhoz és a környezeti és épületspecifikus feltételekhez igazított tervezési előírásokhoz.