Dr inż. Krzysztof Schabowicz

BUDOWNICTWO OGÓLNE

WYKŁAD 4

Obciążenia w budownictwie, klasyfikacja, zasady

ustalania, kombinacje obciążeń. Poziome i pionowe

przegrody budowlane. Stateczność i sztywność

przestrzenna budynku. Dylatacje.

WROCŁAW 2009

Obciążenia w budownictwie

Literatura - normy

PN-82/B-02000. Obciążenia budowli. Zasady ustalania wartości.

PN-82/B-02001. Obciążenia budowli. Obciążenia stałe.

PN-82/B-02003. Obciążenia budowli. Obciążenia zmienne technologiczne.

Podstawowe obciążenia technologiczne i montażowe.

PN-82/B-02004. Obciążenia budowli. Obciążenia zmienne technologiczne.

Obciążenia pojazdami.

PN-80/B-02010. Obciążenia w obliczeniach statycznych. Obciążenie śniegiem.

PN-77/B-02011. Obciążenia w obliczeniach statycznych. Obciążenie wiatrem.

PN-88/B-02014. Obciążenia budowli. Obciążenie gruntem.

Wszelkie działanie fizyczne, które zmienia stan systemu

konstrukcyjnego i powoduje naprężenia, odkształcenia,

przemieszczenia lub zarysowanie,

nazywa się obciążeniem

.

Definicja

Podział obciążeń w zależności
od czasu trwania i sposobu działania

Obciążenia stałe

Obciążenia stałe to takie, których wartość, kierunek i położenie
pozostają

niezmienne

w

czasie

użytkowania

obiektu

budowlanego lub w innym rozpatrywanym okresie.

Zaliczają się

do nich

między innymi ciężary własne stałych elementów

obiektów i konstrukcji, w tym elementów nośnych i osłonowych,
ciężar własny gruntu w stanie rodzimym, nasypów i zasypów i
parcie z nich

wynikające.

Obciążenia zmienne

Obciążenia zmienne to takie, których wartość, kierunek i
położenie mogą zmieniać się w czasie użytkowania obiektu
budowlanego lub w innym rozpatrywanym okresie.

Mogą one

być w całości długotrwałe, w części długotrwałe bądź w całości
krótkotrwałe.

Obciążenia zmienne w całości długotrwałe

Do

obciążeń zmiennych w całości długotrwałych zalicza się

między innymi ciężar własny tych części konstrukcji, których
położenie może być zmienne w czasie użytkowania obiektu,
ciężar własny tych urządzeń wbudowanych w budynek które
związane są na stałe z jego użytkowaniem, parcie wody o
stałym poziomie jej zwierciadła.

Obciążenia zmienne w części długotrwałe

Jako

część długotrwałą obciążenia zmiennego należy

traktować takie obciążenie, którego czas występowania jest
długi w stosunku do czasu użytkowania konstrukcji. Obciążenie
to

może występować w sposób nieprzerwany lub też z pewnymi

przerwami.

Z kolei do

obciążeń zmiennych w części długotrwałych

zalicza

się

między

innymi

obciążenie

stropów

w

pomieszczeniach

mieszkalnych

i

użyteczności publicznej,

zwane

powszechnie

obciążeniem

użytkowym

lub

technologicznym

oraz

siły

wywołane

nierównomiernym

osiadaniem

podłoża, któremu nie towarzyszą zmiany struktury

gruntu.

Obciążenia zmienne w całości krótkotrwałe

Do

obciążeń zmiennych w całości krótkotrwałych zalicza

się zaś obciążenia powstające w czasie wykonywania,
transportu i wznoszenia konstrukcji budowlanych,

obciążenie

śniegiem i wiatrem, obciążenia termiczne pochodzenia
klimatycznego, oblodzenie,

obciążenia próbne, itp.

Obciążenia wyjątkowe

Obciążenia wyjątkowe zaliczają się do przypadkowych i
występujących rzadko, wynikłych z warunków powszechnie nie
spotykanych w czasie wznoszenia i

użytkowania obiektów

budowlanych. Do

obciążeń tych należą na przykład: uderzenia

pojazdami,

obciążenia sejsmiczne i parasejsmiczne, obciążenia

spowodowane

wybuchem,

pożarem,

powodzią

lub

huraganowym wiatrem,

obciążenia wywołane przemarzaniem

gruntu.

Zasady ustalania wartości obciążeń

Na użytek metody stanów granicznych wyznacza się
charakterystyczne i obliczeniowe

wartości obciążeń.

Przez

wartość charakterystyczną F

k

rozumie się wartość

obciążenia o przyjętym prawdopodobieństwie jej nieprzekroczenia
podczas całego okresu eksploatacji obiektu.

Ustala się ją, zgodnie z PN-76/B-03001:
-

dla obciążeń stałych - jako wartość średnią,

-

dla obciążeń zmiennych - jako wartość o okresie powrotu co

najmniej równemu zakładanemu okresowi eksploatacji konstrukcji,
albo też w inny sposób uzasadniony ekonomicznie i zapewniający
bezpieczeństwo konstrukcji.

Zasady ustalania wartości obciążeń

Wartości charakterystyczne obciążeń, zwane potocznie normowymi,
zawarte są między innymi w normach”
PN-82/B-

02000. Obciążenia budowli. Zasady ustalania wartości.

PN-82/B-

02001. Obciążenia budowli. Obciążenia stałe.

PN-82/B-

02003. Obciążenia budowli. Obciążenia zmienne

technologiczne. Podstawowe obciążenia technologiczne i
montażowe.
PN-82/B-

02004. Obciążenia budowli. Obciążenia zmienne

technologiczne. Obciążenia pojazdami.
PN-80/B-

02010. Obciążenia w obliczeniach statycznych. Obciążenie

śniegiem.
PN-77/B-

02011. Obciążenia w obliczeniach statycznych. Obciążenie

wiatrem.
PN-88/B-

02014. Obciążenia budowli. Obciążenie gruntem.

Zasady ustalania wartości obciążeń

Wartość obliczeniową obciążenia F

d

oblicza się jako iloczyn wartości

charakterystycznej F

k

i współczynnika obciążenia



f

, co ujmuje

zależność

F

d

= F

k

 

f

.

Każdemu obciążeniu odpowiada właściwa mu wartość
współczynnika obciążenia. Wartości tego współczynnika, dla
wybranych obciążeń należy wyznaczyć z normy

Zasady ustalania wartości obciążeń

W razie jednoczesnego działania dwóch lub kilku różnych obciążeń
w obliczeniach należy uwzględnić najbardziej niekorzystne ich
kombinacje. Kombinacje obciążeń ustala się w zależności od
rozpatrywanego stanu granicznego.

W stanie granicznym nośności obowiązuje stosowanie kombinacji
podstawowej lub wyjątkowej.

Kombinacja podstawowa SGN

Kombinacja podstawowa obowiązuje w obliczeniach wszystkich
konstrukcji. Składają się na nią wszystkie obciążenia stałe oraz
zmienne, uszeregowane wg ich znaczenia, z przynależnymi do
kolejnych miejsc w szeregu wartościami współczynnika
jednoczesności



o

.

Kombinacja ta obliczana jest z zależności:

w której
G

ki

, Q

ki

-

wartości charakterystyczne obciążeń stałych i zmiennych,



fi

-

współczynnik obciążeń odpowiednio stałych lub zmiennych,



oi

-

współczynnik jednoczesności obciążeń zmiennych,

m

– liczba występujących obciążeń stałych,

n

– liczba występujących obciążeń zmiennych.







m

n

ki

fi

oi

ki

fi

Q

G

1

1

,







Wartości współczynnika jednoczesności obciążeń
zmiennych wg PN-82/B-02000

Znaczenie obciążenia zmiennego

i



oi

Podstawowe (o najwyższej wartości)

1

1,0

Drugie

2

0,9

Trzecie

3

0,8

Wszystkie pozostałe

4

0,7

Kombinacja wyjątkowa SGN

Kombinacja wyjątkowa obowiązuje jedynie w tych przypadkach, gdy
ze względu na przeznaczenie, eksploatację lub lokalizację budynku
mogą wystąpić obciążenia wyjątkowe. Kombinacja ta, składająca się
ze wszystkich obciążeń stałych i zmiennych oraz jednego obciążenia
wyjątkowego, obliczana jest z zależności

w której:
F

a

-

wartość uwzględnianego obciążenia wyjątkowego,

G

ki

, Q

ki

-

wartości charakterystyczne obciążeń stałych i zmiennych,



fi

-

współczynnik obciążeń odpowiednio stałych lub zmiennych,



oi

-

współczynnik jednoczesności obciążeń zmiennych,

m

– liczba występujących obciążeń stałych,

n

– liczba występujących obciążeń zmiennych.









n

a

ki

fi

m

ki

fi

F

Q

G

1

1

,

8

,

0





Kombinacja podstawowa SGU

W stanach granicznych użytkowalności rozróżnia się także dwie
kombinacje: podstawową oraz obciążeń długotrwałych.

W stanach tych stosuje się, zarówno do obciążeń stałych jak i
zmiennych, wartość współczynnika



f

= 1,0.

Kombinacja podstawowa dotyczy wszystkich konstrukcji i składa się
ze wszystkich obciążeń stałych i jednego najniekorzystniejszego
obciążenia zmiennego bez jego zmniejszenia. Ma ona postać:





m

k

ki

Q

G

1

.

Kombinacja obciążeń długotrwałych SGU

Kombinacja obciążeń długotrwałych dotyczy jedynie konstrukcji
wykonanych z drewna, żelbetu i tworzyw sztucznych. W odniesieniu
do tych materiałów konstrukcyjnych ma bowiem znaczenie czas
występowania obciążenia ze względu na pełzanie, zarysowanie lub
zmiany wytrzymałości. Kombinacja ta ma postać

w którym:



di

-

wartość współczynnika przyjmowanego do wyznaczenia

długotrwałej części obciążeń zmiennych, wg PN-82/B-02003.







m

n

ki

di

ki

Q

G

1

1

,



Wartości współczynnika



d

przyjmowanego do określenia

długotrwałej części wybranych obciążeń równomiernie
rozłożonych wg PN-82/B-02003

Przeznaczenie obiektu i sposób użytkowania

pomieszczenia

Pomieszczenia Korytarze

Klatki schodowe,

galerie

Poddasza z dostępem z klatki schodowej

0,50

-

0,35

Pomieszczenia mieszkalne w domach

indywidualnych, czynszowych, w hotelach,

schroniskach, szpitalach, więzieniach, koszarach,

pomieszczenia sanitarne, sale i pomieszczenia

obciążone tłumem ludzi w sposób statyczny

(wyposażone w miejsca do siedzenia), w muzeach,

świątyniach

0,35

0,50

0,35

Muzea, świątynie, sale wystawowe, hale targowe,

domy towarowe i sklepy

0,80

0,80

0,35

Pomieszczenia inwentarskie

0,25

0,25

0,35

Stateczność i sztywność

przestrzenna budynku

Obciążenia działające na budynek

Pionowe

ciężary materiałów, obciążenie użytkowe, obciążenie śniegiem dachu, itd.

Poziome

obciążenie od działania wiatru, obciążenie od niepionowego ustawienia
elementów, napór gruntu na ścianę, itd.

Wywołane temperaturą

dowolny kierunek działania

Stateczność

Parcie

wiatru

Wiatr

Powierzchnia poślizgu gruntu

Naprężenia ścinające Ʈgr

Ssanie wiatru

UTRATA STATECZNOŚCI

1) obrót wokół pkt. A
M wywracający =( H1+H2)*h
M utrzymujący =G*a
M wyw *ɣ

≤ M utrzym

ɣ-

wsp. bezpieczeństwa (1,5)

2) mała wytrzymałość gruntu =>
powstanie pow. poślizgu =>
duże osiadanie

Ʈgr ≥ Rg rzutu na ścinanie

Sztywność

Konstrukcja budynku powinna być sztywna w każdym kierunku
tzn. powinna stanowić mało odkształcalną bryłę

Usztywnienie budynków:
-

ścianowych:

ściany nośne,
ściany usztywniające

-szkieletowych:

ściany usztywniające,
stężenia kratowe

Usztywnienie

Usztywnienie budynku za pomocą ścian:
a) budynek ze ścianami nośnymi,
b) budynek szkieletowy
1-

poprzeczna ściana usztywniająca

2-

podłużna ściana usztywniająca

Usztywnienie

Usztywnienie budynku za

pomocą stężeń kratowych

Usztywnienie budynku za

pomocą ram

Schemat pracy statycznej ścian pod obciążeniem
pionowym

Wieniec ściskany

wzdłuż

Wieniec rozciągany

Reakcje stropu na
ścianę usztywniającą

Sztywność tarczy stropowej =>wieńce (rozciągany, ściskany)

Schemat pracy statycznej ścian zewnętrznych
pod obciążeniem wiatrem

a)

ściana jako płyta
między ścianami
poprzecznymi

c) ściana jako
płyta między stropami

d) ściana jako płyta

podparta na obwodzie

b) ściana jednym

końcem utwierdzona

Konstruowanie wieńców

Wieniec pełny (prostokątny)

Wieniec niepełny (trójkątny)

Połączenia stropów ze ścianami bez wieńców
(kotwienie belek)

pret ɸ20 L=50

pret ɸ20 L=50

poduszka betonowa

25x12x12

zaprawa
cementowa

4 warstwy cegieł
na zaprawie cementowej

Sposoby oparcia belek stalowych
na ścianach zewnętrznych :
a) na poduszce betonowej
b) na cegłach
c) na wieńcu żelbetowym
d) zakotwienie belki
1-

ocieplenie wieńca

2-belka

Połączenia stropów ze ścianami bez wieńców
(kotwienie belek)

Śruba M-16

Śruba M-16

□

5x70x220

□

5x70x220

Podkładka stalowa

Strzemiona ɸ6

Wieniec
żelbetowy

Strzemiona ɸ6

4 warstwy cegieł

na zaprawie cementowej

pret ɸ20

Podkładka stalowa

pret ɸ20

Połączenia stropów ze ścianami bez wieńców
(kotwienie belek)

Kotew wewnątrz muru

Kotew X

20

200

260

40

Kotew Talerzowa

Dylatacje

Definicja

Dylatacja (przerwa dylatacyjna)

– szczelina celowo utworzona w

konstrukcji architektonicznej. Wydzielone elementy, ich fragmenty
samodzielnie przenoszą przewidywane obciążenia, odkształcenia i
przemieszczenia.

Rodzaje dylatacji

konstrukcyjne

– wydzielają fragmenty budynku stanowiące jednolitą całość pod

względem statyki. Stosowane są przy zmianie sposobu posadowienia, zmianie
układu konstrukcyjnego budynku, dużych różnic w obciążeniach, przy znacznych
wymiarach budowli w rzucie poziomym itp.

termiczne

– mają za zadanie wyeliminowanie wpływu dużych naprężeń od

odkształceń termicznych (rozszerzalność termiczna) poszczególnych
fragmentów budynku

osiadanie

– przy różnych fundamentach, rodzajach gruntu

technologiczne

– eliminują wpływ skurczu lub pęcznienia materiałów użytych

do wykonania elementu budowli

przeciwdrganiowe

– mają zadanie eliminacji lub zmniejszenia wpływu drgań,

wstrząsów itp. jednego elementu na drugi. Stosowane np. pomiędzy maszyną a
jej fundamentem, posadzką a fundamentem maszyny wytwarzającej drgania
(np. młot), w rejonach trzęsień ziemi lub szkód górniczych.

Dylatacje konstrukcyjne – przez całą wysokość
budynku, dzielą budynek na poszczególne części

Przykład rozmieszczenia dylatacji

w zależności od różnic wysokości

poszczególnych części budynku

Dylatacja

Dylatacje konstrukcyjne – przez całą wysokość
budynku, dzielą budynek na poszczególne części

Szkielety

Żelbetowy

Stalowy

Budynki o różnej konstrukcji,

rozdzielone dylatacją

Komin od budynku zdylatowany

w każdym przypadku

Dylatacje konstrukcyjne – przez całą wysokość
budynku, dzielą budynek na poszczególne części

Dylatacja

Istniejący

Nowy

Dylatacja przy dobudowie

Podciągi usztywniające

Ścianka ½ cegły

Strop żelbetowy

Dylatacja przy dobudowie

Istniejący

Nowy

Dylatacja

Dylatacje termiczne – zabezpieczają od
powstania rys i pęknięć wywołanych zmianami
temperatury

Wpływ braku poziomej dylatacji w budynku.

Nieuwzględnienie wpływu różnic temperatur

dla dachu monolitycznego i nieoddzielenie go

poziomą dylatacją może wywołać rysy

w murach zewnętrznych

Różnice wydłużenia budynku

w zależności od jego wysokości.

Dylatacje termiczne – zabezpieczają od
powstania rys i pęknięć wywołanych zmianami
temperatury

dylatacja

L >15 m

Dach żelbetowy nieocieplany,
połacie różnie nasłonecznione.
Przy rozpiętości L >15m
konieczna jest dylatacja w kalenicy.

Dylatacja

Dylatacja

Izolacja bitumiczna

(2 warstwy)

Izolacja bitumiczna

(2 warstwy)

Płyta dachowa nieocieploną, zdylatowana
od murów zewnętrznych dylatacją poziomą.
Dylatację wykonuje się przez ułożenie
2 warstw papy asfaltowej izolacyjnej.

Dylatacje termiczne – zabezpieczają od
powstania rys i pęknięć wywołanych zmianami
temperatury

papa

papa

przeguby

przeguby

Dylatacja

Dylatacja

Dach żelbetowy nieocieplany.
Wpływ zmian temperatury uwzględniono
w obliczeniach statycznych. Konstrukcja
ramowa dachu jest oddzielona od konstrukcji
murów zewnętrznych.

Izolacja

Strop

Przykład wykonania dylatacji poziomej

2x papa

Dylatacje na osiadanie – zależą od układu
geologicznego gruntu pod budynkiem

Dylatacja

Różny sposób fundamentowania.
Przy różnych sposobach
fundamentowania dylatacje należy
dać przez całą wysokość budynku.

Różne rodzaje gruntów.
Przy różnych gruntach dylatacje należy
dać przez cała wysokość budynku.

Dylatacja

Dylatacje na osiadanie – zależą od układu
geologicznego gruntu pod budynkiem

Dylatacja

Бgr’

Бgr”

Znaczne różnice dopuszczalnego
naprężenia na grunt.
Przy znacznych różnicach бgr.
należy przewidzieć dylatacje
przez całą wysokość budynku

.

Przykład zastosowania
zbyt wąskiej dylatacji.
Budynki oparły się o siebie.

Dylatacje skurczowe

Odstęp przerw

dylatacyjnych

Wkładki kotwiące

mm

10

18

35

2 ɸ 10

2 ɸ 12

2 ɸ 14

Dylatacje skurczowe-

w betonie przyjmuje się, ze wielkość skurczu jest taka sama

jak odkształcenie od zmiany temperatury o 15 C . Zbrojenie przeciwskurczowe.

Rozmieszczenie prętów przeciwskurczowych

w ścianach z betonu jednofrakcjowego.

Wkładki
kotwiące

Pręty

przeciwskurczowe

Dylatacje przeciwdrganiowe – najczęściej przy
urządzeniach wytwarzających drgania

Przykłady usytuowania
szybu dźwigu miedzy
biegami klatki schodowej

Dylatacja między

szybem i budowlą.

Dylatacja

Dylatacja

Dylatacja

20m

ulica

DZIĘKUJE ZA UWAGĘ