(Nie)bezpieczne konstrukcje linowe - Jerzy Kowalewski

budownictwo
(Nie)bezpieczne konstrukcje linowe
1,5 czy 3,0
W artykule podniesiony jest problem
wartości częściowych współczynników
bezpieczeństwa jakie powinny być
stosowane przy sprawdzaniu warunków
stanu granicznego nośności (SGN, ULS)
konstrukcji linowych. Inspiracją do napisania
artykułu stały się toczone dyskusje
dotyczące rzeczywistej konstrukcji.
Jerzy Kowalewski
P
odstawą oceny bezpieczeństwa konstrukcji są zasady zawarte
w eurokodach. Eurokody są zestawem Norm Europejskich (EN), podających zasady projektowania i wykonania konstrukcji oraz sposoby weryfikacji tych już istniejących.
Zasady zawarte na kartach eurokodów nie stanowią bezpośredniego
szablonu obliczeniowego, w przypadku którego wystarczy podstawić odpowiednie wartości w odpowiednie miejsca. Pozostaje na nich wiele
miejsc, które swoją wiedzą, doświadczeniem i odpowiedzialnością musi
wypełnić projektant czy ekspert oceniający konstrukcję.
Przykłady konstrukcji
Rozważaniu poddane zostały dwa rodzaje przykładowych konstrukcji
linowych.
Na rys. 1 pokazana jest konstrukcja linowa do transportu kamieni. Zgodnie z normą PN-EN 1990 Eurokod. Podstawy projektowania konstrukcji,
taką konstrukcję należy zaliczyć do klasy konsekwencji zniszczenia CC1,
co oznacza, że w przypadku uszkodzenia tej konstrukcji jest niskie zagrożenie życia ludzkiego i nieznaczne konsekwencje społeczne, ekonomiczne
i środowiskowe. Jeżeli chodzi o klasę niezawodności to konstrukcję z rysunku 1 należy zaliczyć do RC1, co oznacza, że uszkodzenia konstrukcji
mają lokalny, ograniczony zasięg.
Zasady zawarte na kartach eurokodów nie stanowią
bezpośredniego szablonu obliczeniowego,
w przypadku którego wystarczy podstawić
odpowiednie wartości w odpowiednie miejsca.
Pozostaje na nich wiele miejsc, które swoją wiedzą,
doświadczeniem i odpowiedzialnością musi wypełnić
projektant czy ekspert oceniający konstrukcję.
Na rys. 2 pokazane jest zadaszenie stadionu czyli konstrukcja linowa,
sprężona nad głowami 50 tys. ludzi. W tym przypadku konstrukcja zaliczona jest do klasy konsekwencji zniszczenia CC3, co oznacza, że w przypad-
76 Builder
Jako sprzeczne z elementarną wiedzą inżynierską
należy uznać stanowisko, że skoro we wzorze 6.2
normy PN-EN 1993-1-11 wymieniony jest
współczynnik bezpieczeństwa o wartości 1,5, to we
wszystkich konstrukcjach linowych należy stosować
współczynnik bezpieczeństwa o wartości 1,5. Takie
stanowisko jest niedopuszczalne i może prowadzić
do katastrofalnych następstw o wielkiej liczbie ofiar
śmiertelnych.
ku jej uszkodzenia występuje wysokie zagrożenie życia ludzkiego i bardzo
duże konsekwencje ekonomiczne, społeczne i środowiskowe. Jeżeli chodzi o klasę zniszczenia to konstrukcję z rys. 2 należy zaliczyć do RC3.
Uszkodzenie jakiegokolwiek elementu głównego konstrukcji spowoduje
wyzwolenie olbrzymiej energii sprężystej i oddziaływania dynamiczne, co
w efekcie spowoduje uszkodzenia sąsiednich elementów, wyzwolenie kolejnych porcji energii sprężystej i lawinowe zniszczenie całej konstrukcji
zadaszenia.
Współczynniki bezpieczeństwa
Przy określaniu obliczeniowej nośności lin norma PN-EN 1993-1-11 Eurokod 3. Projektowanie konstrukcji stalowych. Część 1-11: Konstrukcje
cięgnowe jako podstawową wartość współczynnika podano wartość 1,5.
Wzór 6.2 wskazuje, że FRd = Fuk / 1,5 gdzie FRd – nośność obliczeniowa
a Fuk – wartość charakterystyczna.
1
Konstrukcja linowa do wożenia kamieni; CC1, RC1, wsp. bezp. = 1,5.
Ta stosunkowo prosta konstrukcja linowa o klasach CC1 oraz
RC1 nie wymaga stosowania wyższych wartości
współczynnika bezpieczeństwa. W przypadku uszkodzenia tej
konstrukcji jest niskie zagrożenie życia ludzkiego i nieznaczne
konsekwencje społeczne, ekonomiczne i środowiskowe.
Uszkodzenia konstrukcji mają lokalny, ograniczony zasięg.
czerwiec 2012
Zdjęcia archiwum autora
2
Konstrukcja linowa, sprężona, nad głowami 50 tys. ludzi; CC3, RC3, wsp. bezp.=3,0.
Uszkodzenie jakiegokolwiek elementu głównego konstrukcji spowoduje wyzwolenie olbrzymiej energii sprężystej
i oddziaływania dynamiczne, co w efekcie spowoduje uszkodzenia sąsiednich elementów, wyzwolenie kolejnych porcji energii
sprężystej i lawinowe zniszczenie całej konstrukcji zadaszenia.
Współczynnik o wartości 1,5 jest zasadny i ostateczny dla konstrukcji
pokazanej na rys. 1. Ta stosunkowo prosta konstrukcja linowa o klasach
CC1 oraz RC1 nie wymaga stosowania wyższych wartości współczynnika
bezpieczeństwa.
W przypadku konstrukcji pokazanej na rys. 2 powinien być stosowany
współczynnik o wartości 3,0. Wysoka wartość współczynnika bezpieczeństwa uzasadniona jest charakterystyką techniczną tej konstrukcji. Jako
istotne cechy tej konstrukcji można wymienić m.in. olbrzymią energię sprężystą zgromadzoną w konstrukcji, duże rozpiętości konstrukcji przy niewielkich wyniosłościach, wrażliwość tej konstrukcji na różnego rodzaju
imperfekcje, klasa konsekwencji zniszczenia CC3 oraz klasa niezawodności RC3 itp.
W eurokodach znajduje się wiele uwag i zaleceń,
które powinny być interpretowane jako wskazówki do
zastosowania podwyższonego w porównaniu
z podstawową wartością współczynnika
bezpieczeństwa.
W eurokodach znajduje się wiele uwag i zaleceń, które powinny być interpretowane jako wskazówki do zastosowania podwyższonego w porównaniu z podstawową wartością współczynnika bezpieczeństwa. Można tu
przykładowo wymienić zapis w normie PN-EN 1991-1-7 Oddziaływania na
konstrukcje. Część 1-7: Oddziaływania ogólne. Oddziaływania wyjątkowe,
gdzie w rozdziale B.9.1 stwierdzono: „W celu łagodzenia ryzyka w odniesieniu do ekstremalnych zdarzeń w budynkach i budowlach rozważą się co
czerwiec 2012
najmniej jedno z następujących działań: - działania konstrukcyjne, gdzie
konstrukcja i elementy konstrukcyjne zostały zaprojektowane, tak aby
miały rezerwy wytrzymałości”.
Jako sprzeczne z elementarną wiedzą inżynierską należy uznać stanowisko, że skoro we wzorze 6.2 normy PN-EN 1993-1-11 wymieniony jest
współczynnik bezpieczeństwa o wartości 1,5 to we wszystkich konstrukcjach linowych należy stosować współczynnik bezpieczeństwa o wartości
1,5. Takie stanowisko jest niedopuszczalne i może prowadzić do katastrofalnych następstw o wielkiej liczbie ofiar śmiertelnych.
Wnioski
Normy PN-EN (eurokody) stanowią zbór cennych zaleceń i wskazówek
niezbędnych do projektowania konstrukcji budowlanych. Zasady zawarte
na kartach eurokodów nie stanowią bezpośredniego szablonu obliczeniowego, w przypadku którego wystarczy podstawić odpowiednie wartości
w odpowiednie miejsca. Pozostaje na nich wiele miejsc, które swoją wiedzą, doświadczeniem i odpowiedzialnością musi wypełnić projektant czy
ekspert oceniający konstrukcję.
W przypadku konstrukcji linowych przy określaniu nośności obliczeniowej lin należy stosować współczynniki bezpieczeństwa o różnej wartości
w zależności od rodzaju konstrukcji.
Jako niedopuszczalne, nieprofesjonalne i zagrażające bezpieczeństwu
konstrukcji jest stosowanie dla różnych konstrukcji współczynnika bezpieczeństwa o jednej wartości równej 1,5.
Jerzy Kowalewski
Rzeczoznawca Budowlany, Instytut Techniki Budowlanej
Builder 77