1

Projektowanie konstrukcji

metodą stanów

granicznych

Definicje

•

element konstrukcji – element obiektu budowlanego, którego głównym
zadaniem jest przenoszenie obciążeń (np. pręt, płyta, cięgno, tarcza,
powłoka); elementem konstrukcji jest również podłoże gruntowe,

•

ustrój konstrukcyjny – zespół elementów konstrukcji połączonych ze
sobą w sposób umożliwiający ich wzajemną współpracę w
przenoszeniu obciążeń (np. rama, kratownica, strop gęstożebrowy,
szkielet konstrukcji),

•

konstrukcja – zespół ustrojów konstrukcyjnych współpracujących w
przenoszeniu obciążeń działających na obiekt budowlany,

•

układ konstrukcyjny – schemat konstrukcji obiektu budowlanego,
określający usytuowanie, wzajemne powiązanie i zadania jego
elementów,

•

obiekt budowlany (tj. budynek, budowla, obiekt małej architektury) –
przedmiot powstały w wyniku działalności budowlanej, połączony z
gruntem w sposób trwały; rozróżnia się obiekty podziemne (np. tunel) i
naziemne (np. budynek, most, maszt).

2

Czynniki warunkujące

trwałość konstrukcji

• warunki użytkowania konstrukcji w trakcie

wymaganego okresu przydatności użytkowej

• kryteria wymaganego zachowania się

konstrukcji

• oczekiwane warunki środowiskowe

• skład, właściwości i zachowanie się materiałów

• kształt elementów i ich szczegóły konstrukcyjne

• jakość wykonania i poziom kontroli

• środki ochrony

Projektowanie konstrukcji można ogólnie
podzielić na kilka etapów, które obejmują:

• kształtowanie,

• ustalanie schematów statycznych,

• określanie obciążeń,

• obliczanie sił wewnętrznych

i przemieszczeń,

• wymiarowanie,

• sporządzanie opisu technicznego

i rysunków.

3

Kształtowanie polega na wstępnym
określeniu kształtu oraz wymiarów
konstrukcji i jej elementów, a także wyborze
materiału, z którego konstrukcja ma być
wykonana. Czyni się to wykorzystując
ogólne zasady kształtowania, ustalone na
podstawie doświadczeń wynikających z
projektowania podobnych konstrukcji.

Ukształtowaną konstrukcję przedstawia się w postaci
schematów statycznych dobranych tak, aby jak najwierniej
odzwierciedlały rzeczywistą pracę jej ustrojów
konstrukcyjnych i elementów.
Po ustaleniu schematów konstrukcyjnych określa się
wartości i sposoby działania obciążeń na poszczególne
elementy konstrukcji, po czym oblicza się uogólnione siły
wewnętrzne (zazwyczaj: momenty zginające M, siły
poprzeczne V, siły podłużne N) od tych obciążeń. W
odniesieniu do niektórych ustrojów konstrukcyjnych i ich
elementów jest wymagane obliczenie przemieszczeń (np.
ugięć), rozwarcia rys (w konstrukcjach żelbetowych) itp.

4

Wymiarowanie polega zazwyczaj na
sprawdzeniu, czy siły wewnętrzne S
występujące w przekrojach elementów,
spowodowane działaniem obciążeń F,
nie są większe od nośności R przekrojów,
wynikających z wytrzymałości materiału f
konstrukcji oraz wymiarów przekrojów.

Projektowanie konstrukcji

• Stan graniczny nośności SGN

• Stan graniczny użytkowalności SGU

5

SGN

• wyczerpanie nośności miarodajnych

przekrojów lub fragmentów konstrukcji

• utrata stateczności ściskanych elementów

konstrukcji nośnej lub elementów
usztywniających konstrukcję podstawową

• utrata nośności połączeń elementów

konstrukcji

SGN

S

d

 R

d

S

d

- uogólniona siła wewnętrzna wywołana

oddziaływaniami zewnętrznymi

R

d

- odpowiednia siła graniczna obliczona

przy założeniu, że wytrzymałości
materiałów osiągają wartości
obliczeniowe

6

SGU

• przekroczenie granicznych wartości

przemieszczeń elementów konstrukcji

• przekroczenie granicznych wartości innych

cech geometrycznych uniemożliwiających
lub ograniczających możliwość użytkowania
konstrukcji

SGU

E

d

 C

d

E

d

- obliczeniowy efekt oddziaływań

zewnętrznych

C

d

- graniczna wartość tego efektu

7

Konstrukcję należy zaprojektować tak, aby w

przewidzianym okresie użytkowania i przy odpowiedniej
konserwacji, bez nadmiernych kosztów i z należytym
prawdopodobieństwem:

•

nie nastąpiło przekroczenie stanów granicznych

nośności oraz użytkowalności

•

oddziaływania wyjątkowe, takie jak pożar, eksplozje,

uderzenia itp., na skutek których ulega zniszczeniu część
konstrukcji, a także błędy przy projektowaniu,
wykonywaniu i użytkowaniu obiektu, nie spowodowały
zniszczenia konstrukcji w zakresie nieproporcjonalnie
dużym w stosunku do początkowej przyczyny

Sytuacje obliczeniowe

• sytuacje stałe, odpowiadające zwykłym

warunkom użytkowania konstrukcji

• sytuacje przejściowe

• sytuacje wyjątkowe

8

Oddziaływania zewnętrzne

• siła (obciążenie)

• odkształcenie wymuszone

Oddziaływania - w czasie

• stałe (ciężar własny)

zmienne:

• długotrwałe (składowane materiały)

• średniotrwałe (użytkowe)

• krótkotrwałe (śnieg, wiatr)

• chwilowe

• wyjątkowe

9

Oddziaływania - w przestrzeni

• nieruchome (ciężar własny)

• ruchome (użytkowe, pojazdy)

Materiały

• wytrzymałość charakterystyczna

• moduł sprężystości

• zmienność w zależności od warunków

środowiska

• wytrzymałość obliczeniowa