STANY GRANICZNE KONSTRUKCJI BUDOWLANYCH Podstawa formalna (prawna) MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 1
Projektowanie konstrukcyjne obiektów budowlanych polega ogólnie na określeniu stanów granicznych, po przekroczeniu których konstrukcja nie spełnia stawianych jej kryteriów projektowych (stanów granicznych): zniszczenie konstrukcji wpływającej na bezpieczeństwo ludzi i mienia, braku spełnienia wymagań użytkowych i funkcjonalnych dyskomfort użytkowania: drgania wygląd ugięcia, rysy, pęknięcia MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 2
SYTUACJE OBLICZENIOWE i ODDZIAŁYWANIA NA KONSTRUKCJĘ Rozróżnia się następujące sytuacje obliczeniowe: MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 3
MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 4
OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA OBCIĄŻEŃ W celu sprawdzenia stanów granicznych przeprowadza się analizę konstrukcji, czyli procedurę służąca do wyznaczenia efektów oddziaływań w każdym punkcie konstrukcji. Efektem oddziaływania na element konstrukcji są siły wewnętrzne MOMENT ZGINAJĄCY, SIŁA NORMALNA (OSIOWA) SIŁA TNĄCA (POPRZECZNA) NAPRĘŻNIA I ODKSZTAŁCENIA a dla całej konstrukcji UGIĘCIA, PRZEMIESZCZENIA I OBROTY. Aby zapewnić spełnienie stanów granicznych konstrukcji lub jej części, należy wyznaczyć OBCIĄŻENIA, które ona musi przenieść bez uszkodzenia mechanicznego, nadmiernych odkształceń, przemieszczeń czy np. drgań. OBCIĄŻENIEM nazywamy dowolny układ zewnętrznych sił działających na ciało lub element konstrukcyjny. Szerszym pojęciem niż obciążenie jest ODDZIAŁYWANIE. Charakter obciążenia zależy jest zależny od wielu czynników, z których najważniejsze to FUNKCJA obiektu określona koncepcją architektoniczną, RODZAJ ZASTOSOWANYCH MATERIAŁÓW oraz POŁOŻENIE obiektu. Obciążenia mogą się różnić pod względem wielkości, sposobu oddziaływania i lokalizacji, mogą być spowodowane ciężarem elementów stałych i tymczasowych, ludzi, poruszających się pojazdów lub działaniem natury rysunek poniżej. MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 5
przykładowe obciążenia MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 6
KONSTRUKCJE BUDOWLANE WYKŁADY OBCIĄŻENIA KLASYFIKACJA OBCIĄŻEŃ DZIAŁAJACYCH NA KONSTRUKCJĘ MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 7
MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 8
MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 9
Ogólna klasyfikacja obciążeń według Eurokodu 0 (1990) MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 10
KOMBINACJE OBCIĄŻEŃ Zwykle na konstrukcje działa jednocześnie kilka obciążeń. Obciążenie stałe (grawitacyjne) występuje zawsze! Obciążenia zmienne nie zawsze występują wszystkie jednocześnie i o maksymalnej wartości, dlatego też wybiera się prawdopodobne przypadki wystąpienia danego obciążenia i określa się ich wzajemny stosunek. Polega to na przyjęciu zestawów obciążeń nazwanych kombinacjami oddziaływań, przy których oceniane jest bezpieczeństwo projektowanej konstrukcji. Zgodnie z normą PN-EN 1990, kombinacje podstawowe oddziaływań obliczeniowych można przyjąć w formie wyrażenia: E d = γ G " + " γ P" + " γ Q " + " G, j k, j P Q, 1 k, 1 j 1 i > 1 γ Q,i ψ 0,i Q k,i MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 11
Alternatywnie dla stanów granicznych STR (zniszczenia konstrukcji) i GEO (odkształcenia podłoża), w formie mniej korzystnego z dwóch poniższych wyrażeń (zalecone przez Załącznik krajowy do PN-EN 1990): E E d d = = γ G " + " γ P" + " γ ψ " + " G, j k, j P Q, 1 0, 1 k, 1 j 1 i > 1 ξ γ G " + " γ P" + " γ Q Q " + " j G, j k, j P Q, 1 k, 1 j 1 i > 1 γ γ Q,i Q,i ψ ψ 0,i 0,i Q Q k,i k,i (a), (b) MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 12
Zalecane kombinacje obciążeń w SGN (ULS): Trwałe i przejściowe sytuacje obliczeniowe Obciążenia stałe niekorzystne korzystne Wiodące oddziaływanie zmienne Towarzyszące oddziaływania zmienne główne (jeśli takie pozostałe występują) wzór a γ Gj,sup G kj,sup γ Gj,inf G kj,inf γ Q,1 ψ 0,1 Q k,1 γ Q,i ψ 0,i Q k,i wzór b ξ γ Gj,sup G kj,sup γ Gj,inf G kj,inf γ Q,1 Q k,1 γ Q,i ψ 0,i Q k,i wartości współczynników: γ Gj,sup = 1,35 γ Gj,inf = 1,0 γ Q,1 = 1,5 jeżeli niekorzystne (0 jeżeli korzystne) γ Q,i = 1,5 jeżeli niekorzystne (0 jeżeli korzystne) ξ = 0,85 MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 13
MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 14
MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 15
Najważniejsze wartości współczynników kombinacyjnych podano w poniższej tablicy: oddziaływanie ψ 0 ψ 1 ψ 2 obciążenia zmienne w budynkach, kategoria: A: powierzchnie mieszkalne B: powierzchnie biurowe C: miejsca zebrań D: powierzchnie handlowe E: powierzchnie magazynowe F: powierzchnie ruchu pojazdów < 30kN, G: powierzchnie ruchu pojazdów > 30kN, H: dachy 0,7 0,7 0,7 0,7 1,0 0,7 0,7 0 0,5 0,5 0,7 0,7 0,9 0,7 0,5 0 0,3 0,3 0,6 0,6 0,8 0,6 0,3 0 obciążenie śniegiem: miejscowości położone na wys. > 1000 m npm miejscowości położone na wys. < 1000 m npm 0,7 0,5 0,5 0,2 obciążenie wiatrem 0,6 0,2 0 0,2 0 MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 16
ODDZIAŁYWANIA NA KONSTRUKCJE WEDŁUG EUROKODU 1 (1991) Wartości obciążeń przyjmowane w analizie konstrukcji są określone w normach państwowych na podstawie danych technologicznych producentów wyrobów budowlanych lub w literaturze technicznej. Do marca 2010 roku w Polsce obowiązywały normy krajowe o symbolach PN-B, obecnie obowiązują normy europejskie o symbolach PN-EN. Schematyczne przedstawienie grupy EUROKODÓW budowlanych MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 17
Eurokod 1, zatytułowany Oddziaływania na konstrukcje, składa się z 10 podstawowych części, które zawierają informacje i wskazówki dotyczące zestawiania obciążeń przy projektowaniu obiektów budowlanych. MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 18
OBCIĄŻENIA WEDŁUG NORMY PN-EN 1991-1-1 OBCIĄŻENIA STAŁE OBCIĄŻENIA ZIMIENNE MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 19
KONSTRUKCJE BUDOWLANE WYKŁADY OBCIĄŻENIA OBCIĄŻENIA STAŁE Ciężar własny konstrukcji MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 20
OBCIĄŻENIA STAŁE Ciężar objętościowy materiałów budowlanych MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 21
Przykład obliczeniowy: Zestawić obciążenia stałe stropu płytowo-belkowego o przekroju jak na rysunku poniżej. MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 22
Tabelaryczne zestawienie obciążeń powierzchniowych [kn/m 2 ] Wzór ogólny: g p = γ i t [kn/m 3 m = kn/m 2 ] MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 23
Zestawienie obciążeń liniowych [kn/mb] belki stropowe Wzór ogólny: g l = γ i b h [kn/m 3 m m = kn/m] MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 24
OBCIĄŻENIA ZMIENNE WEDŁUG PN-EN 1991-1-1 Ogólny podział obciążeń zmiennych wraz z przykładami MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 25
OBCIĄŻENIA UŻYTKOWE W BUDYNKACH PODZIAŁ NA KATEGORIE MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 26
MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 27
KONSTRUKCJE BUDOWLANE WYKŁADY OBCIĄŻENIA Wartości obciążenia w powiązaniu z intensywnością tłumu na stropie oraz na schodach MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 28
KONSTRUKCJE BUDOWLANE WYKŁADY OBCIĄŻENIA OBCIĄŻENIA ŚCIANKAMI DZIAŁOWYMI MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 29
OBCIĄŻENIE ŚNIEGIEM (obciążenie środowiskowe zmienne) NORMA WYCOFANA MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 30
MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 31
MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 32
MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 33
Zjawiska wpływające na ostateczny kształt pokryw y śnieżnej na dachu MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 34
Wpływ wiatru na formowanie się pokrywy śnieżnej dla różnych kształtów dachów MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 35
OBCIĄŻENIE CHARAKTERYSTYCZNE ŚNIEGIEM DACHÓW NALEŻY USTALAĆ NASTĘPUJĄCO: s = µ i C e C t s k [kn / m 2 ] GDZIE: S k wartość charakterystyczna obciążenia śniegiem gruntu w rozpatrywanym miejscu (terenie). C t współczynnik termiczny. C e współczynnik ekspozycji. µ i współczynnik kształtu dachu. MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 36
MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 37
MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 38
MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 39
MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 40
MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 41
MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 42
MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 43
MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 44
MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 45
MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 46
l s = 2h z ograniczeniem 5m l s 15 m MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 47
MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 48