Eurokody Obciążenia środowiskowe - Izba 2011

Transkrypt

POMORSKA OKRĘGOWA IZBA INśYNIERÓW BUDOWNICTWA
dr inŜ. Marek Wesołowski
Politechnika Gdańska
Wydział InŜynierii Lądowej i Środowiska
ObciąŜenia środowiskowe
w ujęciu Eurokodów
Gdańsk-Słupsk, październik 2011
1. Europejskie normy projektowania konstrukcji
Eurokody (EC) są normami europejskimi, dotyczącymi projektowania konstrukcji budowlanych, których
celem jest moŜliwość swobodnej wymiany projektów i dokumentacji na terenie całej Europy.
W zbiorze Eurokodów znajduje się norma podstawowa (EN 1990) oraz dziewięć norm przedmiotowych
(EC1÷EC9), z których kaŜda jest pakietem kilku norm szczegółowych:
EN 1990. Eurokod. Podstawy projektowania konstrukcji
EN 1991. Eurokod 1. Oddziaływania na konstrukcje
EN 1992. Eurokod 2. Projektowanie konstrukcji z betonu
EN 1993. Eurokod 3. Projektowanie konstrukcji stalowych
EN 1994. Eurokod 4. Projektowanie zespolonych konstrukcji stalowo-betonowych
EN 1995. Eurokod 5. Projektowanie konstrukcji drewnianych
EN 1996. Eurokod 6. Projektowanie konstrukcji murowych
EN 1997. Eurokod 7. Projektowanie geotechniczne
EN 1998. Eurokod 8. Projektowanie konstrukcji na oddziaływania sejsmiczne
EN 1999. Eurokod 9. Projektowanie konstrukcji aluminiowych
Układ kaŜdego z Eurokodów jest ujednolicony w taki sposób, Ŝe moŜliwa jest lektura dowolnej normy w
wydaniu któregokolwiek kraju Unii Europejskiej (szczegółowo omawiano to na szkoleniach POIIB w
Gdańsku i Słupsku zimą i wiosną 2011 roku). Na dzień dzisiejszy normy europejskie z omawianego zakresu
zostały przetłumaczone i wdroŜone w Polsce (zgodnie zresztą z wymaganiami Europejskiego Komitetu
Normalizacyjnego – CEN), nabierając status wiodących norm polskich, przy oznaczeniach PN-EN. Tym
samym dotychczasowe polskie normy (PN) zostały wycofane jako oficjalne (co nie znaczy jednak, Ŝe nie
moŜna ich stosować).
2. Normy obciąŜeń w Eurokodach
Szczegółowe dane dotyczące wszelkiego rodzaju oddziaływań na konstrukcje budowlane zawarto w
europejskim pakiecie norm, sygnowanym jako EN 1991. Eurokod 1 (w wersjach polskich jako PN-EN 1991).
W ramach tego pakietu wchodzą następujące normy szczegółowe, wg wersji polskich:
PN-EN 1991-1-1. Eurokod 1. Oddziaływania na konstrukcje,
Część 1-1. Oddziaływania ogólne
CięŜar objętościowy, cięŜar własny, obciąŜenia uŜytkowe w budynkach,
Polski Komitet Normalizacyjny, Warszawa 2004
Oddziaływania na konstrukcje w warunkach poŜaru,
ObciąŜenie śniegiem,
Oddziaływanie wiatru,
Oddziaływania termiczne,
Oddziaływania w czasie wykonywania konstrukcji,
2
Oddziaływania wyjątkowe,
PN-EN 1991-2. Eurokod 1. Oddziaływania na konstrukcje,
Część 2. ObciąŜenia ruchome mostów,
Część 3. Oddziaływania wywołane dźwignicami i maszynami,
Część 4. Silosy i zbiorniki,
WyŜej wymienionym normom europejskim odpowiadały w przeszłości, znane wszystkim projektantom,
dotychczasowe normy polskie:
PN-82/B-02001. ObciąŜenia budowli.
ObciąŜenia stałe,
Polski Komitet Normalizacji, Miar i Jakości, Warszawa 1982
ObciąŜenia zmienne technologiczne. Podstawowe obciąŜenia technologiczne i montaŜowe,
ObciąŜenia zmienne technologiczne. ObciąŜenia pojazdami,
ObciąŜenia suwnicami pomostowymi, wciągarkami i wciągnikami,
PN-80/B-02010. ObciąŜenia w obliczeniach statycznych.
ObciąŜenie śniegiem,
PN-77/B-02011. ObciąŜenia w obliczeniach statycznych.
ObciąŜenie wiatrem,
Polski Komitet Normalizacji i Miar, Warszawa 1977
ObciąŜenia zmienne środowiskowe. ObciąŜenie oblodzeniem,
ObciąŜenie gruntem,
ObciąŜenia zmienne środowiskowe. ObciąŜenie temperaturą,
3. PN-EN 1991-1-3. ObciąŜenie śniegiem
W normie tej podano zasady wyznaczania obciąŜenia śniegiem w obliczeniach konstrukcji budynków oraz
obiektów inŜynierskich. Generalnie w Europie norma ma zastosowanie jedynie do obszarów usytuowanych
poniŜej 1500 m nad poziomem morza. Natomiast wg polskiego załącznika krajowego dopuszcza się jej
stosowanie w projektowaniu obiektów połoŜonych w Polsce takŜe powyŜej 1500 m nad poziomem morza.
Poza tekstem głównym norma zawiera pięć załączników:
•
Załącznik A – Sytuacje obliczeniowe i układy obciąŜeń,
•
Załącznik B – Współczynniki kształtu dachu dla zasp śnieŜnych,
•
Załącznik C – Europejskie mapy obciąŜenia śniegiem,
•
Załącznik D – ObciąŜenie śniegiem dla dowolnych okresów powrotu,
•
Załącznik E – CięŜar objętościowy śniegu.
ObciąŜenie śniegiem jest jednym z głównych obciąŜeń środowiskowych, o charakterze losowym. Danych
odnośnie jego charakteru i wielkości dostarczają pomiary uzyskane z wielu stacji meteorologicznych.
Podstawowym okresem obserwacyjnym jest jeden rok, co oznacza, Ŝe maksymalną wartością roczną jest
3
ekstremalna wartość wyznaczona w okresie jednego sezonu zimowego. W tym ujęciu wartość
charakterystyczna obciąŜenia śniegiem jest odpowiednim kwantylem w/w rozkładu maksymalnych wartości
rocznych. W normie europejskiej przyjęto dla tego oddziaływania środowiskowego kwantyl rzędu 0,98
(98%), co oznacza roczne prawdopodobieństwo przekroczenia wartości charakterystycznej wynoszące 0,02
(2%), czemu odpowiada okres powrotu równy 50 lat.
W normie podano, na podstawie europejskich map klimatycznych, charakterystyczne wartości obciąŜenia
śniegiem gruntu, z wyłączeniem obciąŜenia wyjątkowego, które wyznacza się w odrębny sposób. Dla terenu
Polski podział na strefy obciąŜenia śniegiem, wraz z przypisanymi im odpowiednimi wartościami
charakterystycznymi, podano w załączniku krajowym.
W specjalnych przypadkach, gdy potrzebne są bardziej szczegółowe dane, wartości obciąŜenia śniegiem
mogą być uściślone na podstawie analizy statystycznej wieloletnich danych pomiarowych w analizowanym
rejonie, przy czym dane te moŜna brać pod uwagę jedynie w przypadku obserwacji dłuŜszych niŜ 20 lat. Gdy
na danym obszarze występują pojedyncze wyjątkowe wartości obciąŜenia śniegiem, które nie mogą być
opracowane zwykłymi metodami statystycznymi, moŜna zastosować sposób deterministyczny, przyjmując
współczynnik wyjątkowego obciąŜenia śniegiem, przy czym jego zalecaną wartością jest 2,00.
Konsekwencją zmian zasięgu poszczególnych stref klimatycznych, częściowych zmian wielkości
obciąŜenia oraz zwiększenia częściowego współczynnika obciąŜenia (1,50 – EC, 1,40 – PN), wg normy
europejskiej nastąpiły dość radykalne zmiany obciąŜenia śniegiem gruntu w stosunku do dotychczasowej
normy polskiej PN-80/B-02010. Na niewielkim obszarze Polski (Dolny Śląsk, część Wielkopolski, Ziemia
Lubuska, dorzecze Sanu i Wisły) obciąŜenie śniegiem nie uległo zwiększeniu. Na przewaŜającym obszarze
Polski obciąŜenie śniegiem uległo zwiększeniu o 30%. Na niektórych obszarach Polski (część Warmii i
Mazur, okolice Lublina, część Jury Krakowsko-Częstochowskiej, Powiśle, Pojezierze Kaszubskie) obciąŜenie
śniegiem uległo zwiększeniu o ponad 70%.
Przyjmuje się, Ŝe obciąŜenie od śniegu działa pionowo w obrębie rzutu dachu na płaszczyznę poziomą. W
projekcie konstrukcyjnym naleŜy wziąć pod uwagę fakt, Ŝe śnieg moŜe się rozkładać na dachu na wiele
róŜnych sposobów. Wpływają na to między innymi następujące parametry:
• kształt dachu,
• właściwości termiczne dachu,
• chropowatość powierzchni dachu,
• ilość ciepła przedostającego się przez konstrukcję dachu,
• bliskość sąsiednich budynków,
• rodzaj otaczającego terenu,
• miejscowe warunki klimatyczne.
Miejscowe warunki klimatyczne obejmują: wietrzność, zmiany temperatury i prawdopodobieństwo
opadów (zarówno śniegu, jak i deszczu). W projekcie budowlanym naleŜy rozwaŜyć dwa podstawowe układy
obciąŜenia śniegiem dachu:
• równomierne,
• nierównomierne.
ObciąŜenie równomierne – jest układem obciąŜenia śniegiem, uformowanym jedynie przez kształt dachu,
przed jakąkolwiek redystrybucją śniegu pod wpływem innych oddziaływań klimatycznych. ObciąŜenie
nierównomierne – jest układem obciąŜenia, wynikającym z przemieszczenia śniegu z jednego miejsca dachu
na inne, pod wpływem innych oddziaływań klimatycznych, np. wiatru.
Dla trwałej i przejściowej sytuacji obliczeniowej charakterystyczne obciąŜenie śniegiem dachu wyraŜa się
wzorem
s = µ i ⋅ C e ⋅ Ct ⋅ s k
gdzie
µi – współczynnik kształtu dachu
Ce – współczynnik ekspozycji
Ct – współczynnik termiczny
sk – charakterystyczne obciąŜenie śniegiem gruntu
PowyŜsze współczynniki zostały dobrane w taki sposób, aby prawdopodobieństwo wystąpienia obciąŜenia
śniegiem dachu nie przekraczało prawdopodobieństwa wystąpienia wartości charakterystycznej obciąŜenia
śniegiem gruntu.
Dla wyjątkowej sytuacji obliczeniowej, gdy obciąŜenie śniegiem jest oddziaływaniem wyjątkowym,
obliczeniowe obciąŜenie śniegiem dachu wyraŜa się wzorem
s = µ i ⋅ Ce ⋅ Ct ⋅ Cesl ⋅ sk
4
gdzie
µi – współczynnik kształtu dachu
Ce – współczynnik ekspozycji
Ct – współczynnik termiczny
Cesl – współczynnik wyjątkowego obciąŜenia śniegiem (równy 2,00)
W polskim załączniku krajowym podano, Ŝe na terenie naszego kraju nie ma zastosowania przypadek
wyjątkowego obciąŜenia śniegiem dachu.
Dla wyjątkowej sytuacji obliczeniowej, gdy wyjątkowe zaspy śnieŜne są oddziaływaniem wyjątkowym,
obliczeniowe obciąŜenie śniegiem dachu wyraŜa się wzorem
s = µi ⋅ sk
gdzie
µi
– współczynnik kształtu dachu wg załącznika B normy
Przypadek obciąŜenia wyjątkowymi zaspami śnieŜnymi naleŜy traktować jako oddziaływanie wyjątkowe,
na całym terytorium Polski, niezaleŜnie od połoŜenia geograficznego rozpatrywanego obiektu budowlanego.
Współczynnik termiczny Ct powinien być stosowany do oceny zmniejszenia obciąŜenia śniegiem dachów
o wysokim współczynniku przenikania ciepła (U > 1 W/m2K), z powodu topienia śniegu przez uchodzące
ciepło z sąsiednich pomieszczeń. W szczególności dotyczyć to moŜe niektórych dachów krytych szkłem. Dla
wszystkich innych przypadków przyjmuje się Ct = 1,0.
Szczegółowe dane obliczania współczynnika termicznego w warunkach polskich zawarte są w załączniku
krajowym, przy czym dotyczą one przypadku, gdy współczynnik przenikania ciepła dla dachu mieści się w
przedziale
1,00 W/m2K ≤ U ≤ 4,50 W/m2K
NaleŜy zwrócić uwagę na fakt, Ŝe opisane powyŜej oddziaływania śniegu stanowią obciąŜenia
charakterystyczne, które są miarodajne w analizie stanów granicznych uŜytkowalności.
W stanach granicznych nośności oddziaływania te naleŜy pomnoŜyć przez częściowy współczynnik
bezpieczeństwa, który w świetle PN-EN 1990 powinien wynosić 1,50 (jak dla wszystkich innych obciąŜeń
zmiennych). W tym kontekście obliczeniowe obciąŜenie śniegiem wyznacza się ze wzoru
sd = γ F ⋅ s k
gdzie
γF – częściowy współczynnik bezpieczeństwa
sk – charakterystyczne obciąŜenie śniegiem
4. PN-EN 1991-1-4. Oddziaływanie wiatru
W normie podano zasady wyznaczania oddziaływania wiatru w obliczeniach konstrukcji budynków oraz
obiektów inŜynierskich. Ma ona zastosowanie do budynków i budowli o wysokości do 200 m, a takŜe do
mostów o rozpiętości przęseł do 200 m. Natomiast wg polskiego załącznika krajowego dopuszcza się takŜe
stosowanie normy w projektowaniu masztów i kominów stalowych z odciągami. Poza tekstem głównym
norma zawiera sześć załączników:
•
Załącznik A – Wpływ terenu,
•
Załącznik B – Wyznaczanie współczynnika konstrukcyjnego cscd,
•
Załącznik C – Wyznaczanie współczynnika konstrukcyjnego csc,
•
Załącznik D – Wartości cscd dla róŜnych typów konstrukcji,
•
Załącznik E – Wzbudzanie wirowe i zjawiska niestateczności,
•
Załącznik F – Charakterystyki dynamiczne konstrukcji.
ObciąŜenie wiatrem, obok obciąŜenia śniegiem, jest jednym z głównych obciąŜeń środowiskowych, o
charakterze losowym. Danych odnośnie jego charakteru i wielkości dostarczają regularne pomiary uzyskane z
wielu stacji meteorologicznych. Przyczyną powstawania wiatru jest nierównomierne nagrzewanie ziemi i
powietrza przez promieniowanie słoneczne, czego konsekwencją są róŜnice ciśnienia powietrza, prowadzące
do jego przemieszczania się z obszarów o ciśnieniu wyŜszym do rejonów o ciśnieniu niŜszym. Adekwatne
5
ujęcie problematyki oddziaływania wiatru na konstrukcje budowlane jest bardzo złoŜone, obarczone duŜą
dozą niepewności.
Charakterystyczne wartości obciąŜenia wiatrem odpowiadają wartościom średnim dziesięciominutowym,
o rocznym prawdopodobieństwie przekroczenia wynoszącym 0,02 (okres powrotu 50 lat), niezaleŜnie od
kierunku wiatru, na wysokości 10 m nad płaskim, otwartym terenem rolniczym, z uwzględnieniem – w miarę
potrzeby – wysokości nad poziomem morza.
Ciśnienie wiatru wywołuje generalnie siły prostopadłe do powierzchni konstrukcji lub jej elementów
osłonowych, natomiast dodatkowo, gdy duŜe obszary konstrukcji są opływane przez wiatr – powstają znaczne
siły tarcia, styczne do powierzchni. Oddziaływania wiatru wyznacza się na podstawie bazowych wartości
prędkości wiatru lub ciśnienia prędkości wiatru. Dla terenu Polski podział na strefy obciąŜenia wiatrem, wraz
z przynaleŜnymi im odpowiednimi wartościami charakterystycznymi prędkości i ciśnienia prędkości wiatru,
podano w załączniku krajowym. Procedury wyznaczania obciąŜenia wiatrem podaje poniŜsza tabela:
Bazowa prędkość wiatru określona jako funkcja kierunku wiatru oraz pory roku, wyznaczona na
wysokości 10 m nad poziomem gruntu, w terenie odpowiadającym kategorii II, jest wyznaczana według
wzoru
vb = cdir ⋅ cseason ⋅ vb ,o
gdzie
cdir
– współczynnik kierunkowy
cseason – współczynnik sezonowy
vb,o
– podstawowa bazowa prędkość wiatru
Wartości współczynnika kierunkowego i sezonowego mogą być podane w załączniku krajowym. Ogólnie
zalecane wartości to 1,00.
Średnia prędkość wiatru określona na wysokości ”z” nad poziomem terenu, uzaleŜniona od chropowatości
i rzeźby terenu oraz od bazowej prędkości wiatru, jest wyznaczana według wzoru
vm ( z ) = cr ( z ) ⋅ co ( z ) ⋅ vb
gdzie
cr (z) – współczynnik chropowatości
co (z) – współczynnik rzeźby terenu (orografii)
6
vb
– bazowa prędkość wiatru
Współczynnik chropowatości oblicza się według odpowiednich wzorów podanych w normie, natomiast
współczynnik rzeźby terenu moŜna najczęściej przyjąć równy 1,00. Gdy rzeźba terenu zwiększa prędkość
wiatru o więcej niŜ 5%, to efekty tego moŜna obliczyć wg Załącznika A.
Współczynnik chropowatości określony na wysokości ”z” nad poziomem terenu, uzaleŜniony od kategorii
terenu, jest wyznaczany ze wzoru
 z 
cr ( z ) = k r ⋅ ln 
 zo 
gdzie
zo
zmin
zmax
kr (z)
–
–
–
–
wysokość chropowatości (wg tablicy normy)
wysokość minimalna (wg tablicy normy)
wysokość maksymalna, równa 200 m
współczynnik terenu, obliczany z zaleŜności
 z 
k r = 0,19 ⋅  o 
 0,05 
0 , 07
Intensywność turbulencji określona na wysokości ”z” nad poziomem terenu, uzaleŜniona od kategorii
terenu, jest wyznaczana ze wzoru
I v ( z) =
σv
vm ( z )
=
kl
 z 
co ( z ) ⋅ ln 
 zo 
gdzie
zo
zmin
zmax
– wysokość chropowatości (wg tablicy normy)
– wysokość minimalna (wg tablicy normy)
– wysokość maksymalna, równa 200 m
σv
– odchylenie standardowe fluktuacji prędkości wiatru
vm (z) – średnia prędkość wiatru
kl
– współczynnik turbulencji (najczęściej 1,00)
co (z)
– współczynnik rzeźby terenu (najczęściej 1,00)
Wartość szczytowa ciśnienia prędkości wiatru określona na wysokości ”z” nad poziomem terenu, łącząca
wartość średnią i chwilowe fluktuacje prędkości wiatru, jest wyznaczana ze wzoru
q p ( z ) = [1 + 7 ⋅ I v ( z )]⋅
ρ ⋅ vm2 ( z )
2
gdzie
Iv (z) – intensywność turbulencji
ρ – gęstość powietrza (moŜna przyjąć 1,25 kg/m3)
vm(z) – średnia prędkość wiatru
Wykorzystując wcześniej podaną relację zachodzącą pomiędzy średnią a bazową prędkością wiatru,
szczytowe ciśnienie prędkości wiatru na wysokości ”z” nad poziomem terenu moŜna wyznaczyć z
alternatywnego wzoru
q p ( z ) = [1 + 7 ⋅ I v ( z )]⋅ cr2 ( z ) ⋅ co2 ( z ) ⋅
ρ ⋅ vb2
2
gdzie
Iv (z)
cr (z)
co (z)
ρ
vb
–
–
–
–
–
intensywność turbulencji
współczynnik chropowatości
współczynnik rzeźby terenu
gęstość powietrza
bazowa prędkość wiatru
7
Ostatecznie szczytowe ciśnienie prędkości wiatru moŜna przedstawić za pomocą skompresowanego wzoru
w postaci
q p ( z ) = ce ( z ) ⋅ qb
przy czym współczynnik ekspozycji wynosi
ce ( z ) = [1 + 7 ⋅ I v ( z )]⋅ cr2 ( z ) ⋅ co2 ( z )
natomiast bazowe ciśnienie prędkości wiatru
qb =
ρ ⋅ vb2
2
Ciśnienie wiatru, wyznaczone na wysokości odniesienia ”ze” nad poziomem terenu, działające na
powierzchnie zewnętrzne konstrukcji budowlanej, oblicza się ze wzoru
we = q p ( ze ) ⋅ c pe
gdzie
qp (ze)
cpe
ze
– szczytowe ciśnienie prędkości wiatru
– współczynnik ciśnienia zewnętrznego
– wysokość odniesienia dla ciśnienia zewnętrznego
Ciśnienie wiatru, wyznaczone na wysokości odniesienia ”zi” nad poziomem terenu, działające na
powierzchnie wewnętrzne konstrukcji budowlanej, oblicza się ze wzoru
wi = q p ( zi ) ⋅ c pi
gdzie
qp (zi) – szczytowe ciśnienie prędkości wiatru
cpi
– współczynnik ciśnienia wewnętrznego
– wysokość odniesienia dla ciśnienia wewnętrznego
zi
Siły wywierane przez wiatr na całą konstrukcję lub element konstrukcyjny moŜna obliczać stosując
współczynniki sił, wg wzoru
Fw = cs cd ⋅ ∑ c f ⋅ q p ( ze ) ⋅ Aref
gdzie
c sc d
cs
cd
cf
qp(ze)
Aref
–
–
–
–
–
–
współczynnik konstrukcyjny
współczynnik rozmiarów
współczynnik dynamiczny
współczynnik siły aerodynamicznej (oporu)
ciśnienie prędkości na wysokości odniesienia ze
pole powierzchni odniesienia
Siły tarcia wywierane przez wiatr na powierzchniach zewnętrznych moŜna obliczać według wzoru
F fr = c fr ⋅ q p ( z e ) ⋅ A fr
gdzie
cfr
qp(ze)
Afr
– współczynnik obciąŜenia stycznego
– ciśnienie prędkości na wysokości odniesienia ze
– pole powierzchni równoległej do wiatru
Współczynnik konstrukcyjny cscd uwzględnia efekt oddziaływania wiatru wynikający z niejednoczesnego
wystąpienia wartości szczytowej ciśnienia na powierzchni konstrukcji (cs – współczynnik rozmiarów) wraz z
8
efektem drgań konstrukcji wywołanych turbulentnym oddziaływaniem wiatru (cd – współczynnik
dynamiczny).
Współczynnik konstrukcyjny cscd moŜe być rozdzielony na współczynnik rozmiarów i współczynnik
dynamiczny. Informacje o takiej moŜliwości mogą być zawarte w załączniku krajowym. Dla warunków
polskich załącznik krajowy dopuszcza oddzielne wyznaczanie współczynników cs oraz cd .
Gdy zachodzi jeden z niŜej podanych przypadków, moŜna przyjmować wartość współczynnika
konstrukcyjnego cscd = 1,00 (co nie wyklucza moŜliwości przeprowadzenia dokładniejszych obliczeń):
• dla budynków o wysokości mniejszej niŜ 15 m,
• dla fragmentów ścian osłonowych i dachów o częstotliwości drgań własnych powyŜej 5 Hz,
• dla budynków ramowych ze ścianami konstrukcyjnymi, o wysokości poniŜej 100 m, których wymiar
w kierunku wiatru jest minimum 4 razy większy niŜ ich wysokość,
• dla kominów o przekroju kołowym o wysokości mniejszej niŜ 60 m oraz mniejszej niŜ 6,5 ich
średnicy.
W zaleŜności od typu rozwaŜanej konstrukcji budowlanej, rozwaŜa się następujące współczynniki
aerodynamiczne:
•
współczynniki ciśnienia zewnętrznego i wewnętrznego
(dla budynków, walców kołowych)
•
współczynniki ciśnienia netto
(dla wiat, ścian wolnostojących, attyk, ogrodzeń)
•
współczynniki tarcia
(dla ścian i powierzchni przy równoległym przepływie wiatru)
•
współczynniki siły aerodynamicznej (oporu aerodynamicznego)
(dla tablic, walców kołowych, kul, rusztowań, flag)
5. PN-EN 1991-1-5. Oddziaływania termiczne
W normie podano zasady i reguły obliczania oddziaływań termicznych na budynki, mosty i inne
konstrukcje budowlane oraz na ich elementy, a takŜe na wszelkiego rodzaju ich okładziny. Norma ma
zastosowanie do tych elementów konstrukcyjnych, które są wystawione na dobowe i sezonowe zmiany
klimatyczne. W elementach, które nie są wystawione na zmiany klimatyczne, wpływ naturalnych oddziaływań
termicznych moŜe być pominięty. Poza tekstem głównym norma zawiera cztery załączniki:
•
Załącznik A – Izotermy minimalnych i maksymalnych temperatur,
•
Załącznik B – RóŜnice temperatury dla nawierzchni mostowych,
•
Załącznik C – Współczynniki rozszerzalności termicznej,
•
Załącznik D – Rozkłady temperatury w przegrodach budowlanych.
Wszystkie charakterystyczne wartości oddziaływań termicznych podane w normie odpowiadają rocznym
prawdopodobieństwom przekroczenia wynoszącym 0,02 (okres powrotu 50 lat), o ile nie określono inaczej,
na przykład dla przejściowych sytuacji obliczeniowych. Elementy konstrukcji budowlanych powinny być
sprawdzane w celu uzyskania odpowiedzi na następujące kwestie:
• czy przemieszczenia termiczne nie spowodują powstania napręŜeń przekraczających wytrzymałość
materiałów konstrukcyjnych,
• czy zapewniona zostanie swoboda przemieszczeń zaprojektowanych dylatacji,
• czy efekty oddziaływań termicznych zostały odpowiednio ujęte w projekcie budowlanym.
Dla terenu Polski podział na strefy klimatyczne, wraz z przypisanymi im odpowiednimi wartościami
temperatur maksymalnych (latem) oraz minimalnych (zimą), podano w załączniku krajowym. JeŜeli nie ma
danych szczegółowych w załącznikach krajowych, wówczas przyjmuje się, Ŝe temperatura powietrza z uwagi
na połoŜenie terenu nad poziomem morza powinna być korygowana według następujących zasad:
• dla temperatur maksymalnych
przez odjęcie 1,0 °C na kaŜde 100 m wysokości,
• dla temperatur minimalnych
przez odjęcie 0,5 °C na kaŜde 100 m wysokości.
Dla warunków polskich, powyŜszych korekt dokonuje się według następujących zaleŜności (H –
wysokość nad poziomem morza):
• dla temperatur maksymalnych
Tmax ( H ) = −0,0053 ⋅ H + Tmax
9
•
dla temperatur minimalnych
Tmin ( H ) = −0,0035 ⋅ H + Tmin
W najogólniejszym przypadku rozkład temperatury wewnątrz elementu konstrukcyjnego moŜna rozłoŜyć
na cztery podstawowe składowe:
• równomierną temperatury
∆Tu
• liniowo zmienną róŜnicą temperatury (względem osi z-z)
∆TMY
• liniowo zmienną róŜnicą temperatury (względem osi y-y)
∆TMZ
• nieliniową róŜnicą temperatury (samorównowaŜącą się)
∆TE
W oddziaływaniach termicznych na elementy konstrukcyjne budynku naleŜy uwzględniać następujące
wielkości podstawowe:
1) składową równomierną temperatury ∆Tu pomiędzy temperaturą średnią elementu T a jego
temperaturą początkową To
2) składową liniowo zmienną róŜnicy temperatury pomiędzy wewnętrzną i zewnętrzną powierzchnią
przekroju ∆TM
3) róŜnicę między średnimi wartościami temperatury poszczególnych części konstrukcji ∆Tp
Dodatkowo zaleca się uwzględnianie efektów lokalnych wywołanych oddziaływaniami termicznymi,
jeŜeli uzna się je za istotne. NaleŜy wówczas indywidualnie zdefiniować odpowiednie wpływy temperatury,
biorąc pod uwagę usytuowanie budynku i szczegóły jego rozwiązań konstrukcyjnych.
Składowa równomierna temperatury elementu konstrukcyjnego ∆Tu jest wyznaczana ze wzoru
∆Tu = T − To
gdzie
T
– średnia temperatura elementu, wywołana temperaturami naturalnymi w sezonie zimowym lub
letnim i temperaturami wynikającymi z eksploatacji obiektu
To – temperatura początkowa elementu w odpowiednim stanie ograniczenia swobody odkształceń
(gdy trudno ją przewidzieć, zaleca się przyjmowanie średniej temperatury w czasie realizacji
obiektu)
W przypadku braku odpowiednich danych norma europejska zaleca przyjmować To = 10 °C, natomiast
załącznik krajowy dla warunków polskich podaje temperaturę początkową równą 8 °C.
Składowa liniowo zmiennej róŜnicy temperatury pomiędzy wewnętrzną i zewnętrzną powierzchnią
rozpatrywanego przekroju ∆TM jest wyznaczana ze wzoru
∆TM = Tin − Tout
gdzie
Tin – temperatura powietrza wewnątrz konstrukcji (środowiska wewnętrznego)
Tout – temperatura powietrza na zewnątrz konstrukcji (środowiska zewnętrznego)
Temperatury powietrza wewnątrz i na zewnątrz konstrukcji przyjmuje się na podstawie zaleceń,
zawartych w odpowiednich tablicach, zamieszczonych w normie.
W oddziaływaniach termicznych dla kominów przemysłowych, rurociągów, silosów, zbiorników i chłodni
kominowych naleŜy uwzględniać następujące wielkości podstawowe:
1) składową równomierną temperatury ∆TN jako róŜnicę pomiędzy temperaturą średnią elementu T a
temperaturą początkową To
2) składową „stopniowaną” temperatury przy załoŜeniu, Ŝe na ¼ obwodu zbiornika występuje skokowy
lokalny wzrost temperatury (z braku danych moŜna przyjąć 15 °C)
3) składową liniowo zmiennej róŜnicy temperatury między wewnętrzną i zewnętrzną powierzchnią
przegrody ∆TM (z braku bliŜszych danych moŜna przyjąć 15 °C)
Dodatkowo, w miarę potrzeby, naleŜy wziąć takŜe pod uwagę róŜnicę między średnimi wartościami
temperatury poszczególnych części konstrukcji ∆Tp .
10

Eurokody Obciążenia środowiskowe - Izba 2011

Transkrypt

Podobne dokumenty

BO/KD S2/N2 - normy oraz literatura uzupełniająca

Zagadnienia do kolokwium - odnawialne i nieodnawialne źródła

NORMY podstawowe stare NORMY podstawowe nowe Do

Sztuczny śnieg

LISTA EUROKODÓW

zagrożenie wichurą i huraganowym wiatrem

Arlberg - kolebka narciarstwa alpejskiego