background image

Podstawy budownictwa – SGSP Warszawa 

Zakład Podstaw Budownictwa i Materiałów Budowlanych 

Katedra Bezpiecze stwa Budowli                                                                                                                     

Stan na dzie : 14.IX.2007 r

1/6

Algorytm wymiarowania belki stropowej zginanej 

oraz słupa  ciskanego i zginanego 

wg PN-B-03150/ VIII 2000 r. - konstrukcje drewniane 

 

Uwaga: Wszystkie wyniki s  dla przykładu liczbowego maj cego na celu pokaza  zakres uzyskiwanych 

wyników.  

 

L

a

a

H

Belka o przekroju b x h

S up

ł

Rygiel

b

b

h

H

s

Belka

S up

ł

L

y

L

z

L

z

 

Podstawowe zało enia, dane materiałowe 

L =

 6.0 m 

 

rozpi to  belki 

H = 

3.5 m

 

 

wysoko  słupa 

a = 

2.4 m

  

 

rozstaw słupów, d wigarów 

 

Cz ciowy współczynnik bezpiecze stwa dla materiału 

[Tab. 3.2.2]   

 

Cz ciowe współczynniki bezpiecze stwa dla wła ciwo ci materiałów γγγγ

m

 

 

Tablica: 3.2.2 

  

  

  

 

 

 

 

 

Okre lenia 

 

 

 

Stany graniczne no no ci 

γγγγ

m

    

 

 

Drewno i materiały drewnopochodne 

1,3 

 

 

Elementy stalowe w zł czach 

1,1 

 

 

Sytuacje wyj tkowe 

 

 

Stany graniczne u ytkowania 

 

 

 

γ

m

 = 

1.3

   

 

drewno i materiały drewnopochodne 

tabela

 

 

Cz ciowy współczynnik modyfikacyjny 

[Tab. 3.2.5] 

 

np. klasa u ytkowania konstrukcji - 

1 (dla 20

o

 C wilgotno  wzgl dna przez wi kszo  czasu u ytkowania < 

65%) 

[p.3.2.3] 

 

k

mod

 = 

np. 0.9 dla obci e  krótkotrwałych  

drewno lite i klejone  

tabela 

 

Minimalne przekroje 

[p.3.6] dla drewna litego = 4000 mm

2

 (nie dotyczy łat dachowych), mniejszy wymiar min. 

38 mm. W konstrukcjach o zł czach na gwo dzie lub  ruby powierzchnia nie mniejsza ni  1400 mm

2

, a mniejszy 

wymiar min. 19 mm - np. d wigary deskowe. 

 

 

background image

Podstawy budownictwa – SGSP Warszawa 

Zakład Podstaw Budownictwa i Materiałów Budowlanych 

Katedra Bezpiecze stwa Budowli                                                                                                                     

Stan na dzie : 14.IX.2007 r

2/6

 

Warto ci współczynnika k

mod

 

Warto ci współczynnika k

def

 

 

Tablica: 3.2.5 

  

  

  

Tablica: 5.1 

  

 

Klasa u ytkowania 

Klasa u ytkowania 

 

Materiał / klasa 

trwania obci enia 

Wilgotno  

Drewno 12 % 

Powietrze do 65 %

 

Wilgotno  

Drewno 20 % 

Powietrze do 85 %

 

Wilgotno  

Drewno > 20 % 

Powietrze > 85 %

 

Wilgotno  

Drewno 12 % 

Powietrze do 65 %

 

Wilgotno  

Drewno 20 % 

Powietrze do 85 %

 

Wilgotno  

Drewno > 20 % 

Powietrze > 85 %

 

 

 

Drewno lite i klejone warstwowo, sklejka 

 

 

Stałe 

wi cej ni  10 lat, 

 np. ci ar własny

 

0,6 

0,6 

0,5 

0,6 

0,8 

Długotrwałe 

6 miesi cy ÷10 lat, 

 np. obci enie magazynu

 

0,7 

0,7 

0,55 

0,5 

0,5 

1,5 

redniotrwałe 

1 tydzie  ÷6 miesi cy, 

 np. obci enie u ytkowe

 

0,8 

0,8 

0,65 

0,25 

0,25 

0,75 

Krótkotrwałe 

mniej ni  1 tydzie , np. 

wiatr,  nieg (mo na te  

jako  redniotrwałe)

 

0,9 

0,9 

0,7 

0,3 

Chwilowe 

np. na skutek awarii

 

1,1 

1,1 

0,9 

 

Belka - element zginany 

 

Warto ci obci e  

Obci enia stałe: ci ar stropu wg tabeli 

 

L.p. 

Opis warstwy 

Grubo , m 

Charakterystyczne obci enie stałe 

G

k

, kN/m

2

 

Warstwa górna stropu np. parkiet d bowy  gr.22 mm na 

kleju poliuretanowym 

0,022 

0,24 

Warstwa po rednia stropu np. styropian – izolacja 
akustyczna, 

γ = 0,45 kN/m

3

 

0,05 

0,05 · 0,45 = 0,02 

Warstwa dolna stropu np. tynk cementowo-wapienny, 

γ = 

19 kN/m

3

 

0,015 

0,015 · 19 = 0,29 

 

 

G

k

 = 

Suma kolumny np. 1,36 

 

Obci enia zmienne: zwi zane ze sposobem u ytkowania pomieszcze  wg PN EN 1991-1-1 

Kategoria A - powierzchnie mieszkalne 2 kN/m

2

,  

Kategoria B - powierzchnie biurowe 3 kN/m

2

,  

Kategoria C1 - powierzchnie ze stołami (kawiarnia, sala lekcyjna) 3 kN/m

2

,  

Kategoria C2 - powierzchnie z siedzeniami nieruchomymi (kina, aule) 4 kN/m

2

,  

Kategoria C3 - powierzchnie w muzeach, salach wystaw 5 kN/m

2

,  

Kategoria C4 - powierzchnie na których mo liwa jest aktywno  ruchowa (dyskoteki, sale 

gimnastyczne, sceny) 5 kN/m

2

,  

Kategoria C5 - powierzchnie dost pne dla tłumu (sale koncertowe, stadiony z trybunami) 5 kN/m

2

,  

Kategoria D1 - powierzchnie handlowe (sklepy detaliczne) 4 kN/m

2

,  

Kategoria D2 - powierzchnie handlowe (w domach towarowych) 5 kN/m

2

,  

Kategoria E1 - powierzchnie magazynowe 7.5 kN/m

2

,  

Kategoria E2 - powierzchnie produkcyjne - wg stanu istniej cego,  

Kategoria F - powierzchnie gara owe (samochody osobowe) 2.5 kN/m

2

,     

 

Q

k

 = 

np. 2 kN/m

2

 dla kategorii A (mieszkanie)

 – charakterystyczne obci enie u ytkowe 

 

Współczynniki do wyznaczenia obci e  obliczeniowych wg 

PN-EN 1990 Tablica A1.2 

γ

G

 = 1,35 – dla obci e  stałych 

 

 

γ

Q

 = 1,50 – dla obci e  zmiennych (u ytkowych) 

 
G = G

k

 · 

γ

G

  

obliczeniowe obci enie stałe 

Q = Q

k

 · 

γ

Q

  

obliczeniowe obci enie zmienne (u ytkowe) 

 

background image

Podstawy budownictwa – SGSP Warszawa 

Zakład Podstaw Budownictwa i Materiałów Budowlanych 

Katedra Bezpiecze stwa Budowli                                                                                                                     

Stan na dzie : 14.IX.2007 r

3/6

Kombinacja obci e  - stany graniczne no no ci SGN i stany graniczne u ytkowania SGU 

Q

SGN

 = G + Q  

np. 4.84 kN/m

2

   

 

Q

SGU

 = G

k

 + Q

k

  

np. 3.67 kN/m

2

 

 

Obci enia od przypadaj ce na belk  (zbiera z szeroko ci a) 

q

1N

 = Q

SGN

 · a   

np. 11.61 kN/m

   

 

q

1U

 = Q

SGU

 · a   

np. 8.81 kN/m

   

 

Wybór klasy drewna 

 

 

Przyj  klas  drewna w zale no ci od rozpi to ci i wielko ci obci e  np. 

GL 35 [Tab. Z.2.2.3-1] 

 

Klasy wytrzymało ci - warto ci charakterystyczne drewna krajowego, 

iglastego, litego o wilgotno ci 12 % 

 

Tablica: Z-2.2.3-1 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10 

Wytrzymało  [MPa] 

Spr ysto  [GPa] 

G sto  [kg/m3] 

 

K

la

sy

 d

re

w

na

 

Z

gi

na

ni

R

oz

ci

ga

ni

w

zd

łu

 w

łó

ki

en

 

R

oz

ci

ga

ni

w

  

po

pr

ze

w

łó

ki

en

 

ci

sk

an

ie

  

w

zd

łu

 w

łó

ki

en

 

ci

sk

an

ie

 w

  

po

pr

ze

w

łó

ki

en

 

ci

na

ni

re

dn

i m

od

  

sp

r

ys

to

ci

 w

zd

łu

 

w

łó

ki

en

 

%

 k

w

an

ty

l m

od

 

sp

r

ys

to

ci

 w

zd

łu

 

w

łó

ki

en

 

re

dn

i m

od

 

sp

r

ys

to

ci

  

w

 p

op

rz

ek

 w

łó

ki

en

 

re

dn

i m

od

  

od

ks

zt

ce

ni

po

st

ac

io

w

eg

W

ar

to

 

ch

ar

ak

te

ry

st

yc

zn

W

ar

to

 r

ed

ni

 

  

f

m,k

 

f

t,0,k

 

f

t,90,k

  f

c,0,k

  f

c,90,k

  f

v,k

  E

0,mean

 

E

0,05

 

E

90,mean

  G

g,mean

 

ρ

k

 

ρ

mean

 

C18 

18 

11 

0,3 

18 

4,8  2,0 

6,0 

0,30 

0,56 

320 

380 

C22 

22 

13 

0,3 

20 

5,1  2,4 

10 

6,7 

0,33 

0,63 

340 

410 

C27 

27 

16 

0,4 

22 

5,6  2,8 

12 

8,0 

0,40 

0,75 

370 

450 

C30 

30 

18 

0,4 

23 

5,7  3,0 

12 

8,0 

0,40 

0,75 

380 

460 

C35 

35 

21 

0,4 

25 

6  3,4 

13 

8,7 

0,43 

0,81 

400 

480 

C40 

40 

24 

0,4 

26 

6,3  3,8 

14 

9,4 

0,47 

0,88 

420 

500 

GL24 

24 

14 

0,4 

21 

5,3  2,5 

11 

7,4 

0,37 

0,69 

350 

  

GL30 

30 

18 

0,4 

23 

5,7  3,0 

12 

8,0 

0,40 

0,75 

380 

  

GL35 

35 

21 

0,4 

25 

6  3,4 

13 

8,7 

0,43 

0,81 

400 

  

10 

GL40 

40 

24 

0,4 

26 

6,3  3,8 

14 

9,4 

0,47 

0,88 

420 

  

 

  

f

m,g,k

  f

t,0,g,k

  f

t,90,g,k

  f

c,0,g,k

  f

c,90,g,k

  f

v,g,k

  E

g,0,mean

  E

g,0,05

  E

g,90,mean

  G

g,mean

 

ρ

g,k

 

€ 

 

K

la

sy

 d

re

w

na

 

Z

gi

na

ni

R

oz

ci

ga

ni

w

zd

łu

 w

łó

ki

en

 

R

oz

ci

ga

ni

w

  

po

pr

ze

w

łó

ki

en

 

ci

sk

an

ie

  

w

zd

łu

 w

łó

ki

en

 

ci

sk

an

ie

 w

  

po

pr

ze

w

łó

ki

en

 

ci

na

ni

re

dn

i m

od

  

sp

r

ys

to

ci

 w

zd

łu

 

w

łó

ki

en

 

%

 k

w

an

ty

l m

od

 

sp

r

ys

to

ci

 w

zd

łu

 

w

łó

ki

en

 

re

dn

i m

od

 

sp

r

ys

to

ci

  

w

 p

op

rz

ek

 w

łó

ki

en

 

re

dn

i m

od

  

od

ks

zt

ce

ni

po

st

ac

io

w

eg

W

ar

to

 

ch

ar

ak

te

ry

st

yc

zn

  

 

  

Wytrzymało  [MPa] 

Spr ysto  [GPa] 

G sto  [kg/m3] 

 

Tablica: Z-2.3.3-1 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Klasy wytrzymało ci - warto ci charakterystyczne drewna klejonego warstwowo, 

iglastego o wilgotno ci 12 % 

 

 

 

Stany graniczne no no ci SGN 

fmd

kmod fmk

γγγγm

:=

 

Wytrzymało  obliczeniowa na zginanie 

fmd 24.23 MPa

=

 

Wst pne okre lenie wymiarów przekroju 

Zakładamy prostok tny przekrój belki: b (szeroko ) x h (wysoko ), zakładaj c jednocze nie proporcj  b/h 

background image

Podstawy budownictwa – SGSP Warszawa 

Zakład Podstaw Budownictwa i Materiałów Budowlanych 

Katedra Bezpiecze stwa Budowli                                                                                                                     

Stan na dzie : 14.IX.2007 r

4/6

mo na przyj  dowoln  warto   z przedziału 

α = 0,15÷ 0,5 

Wst pny moment zginaj cy - belka swobodnie podparta: 

αααα

0.28

:=

 

Myw

q1N L

2

8

:=

 

Myw 52.24 kN m

=

 
 

L

6 m

=

rozpi to  belki 

h

3

Myw 6

fmd αααα

:=

 

h

0.36 m

=

b

αααα h

:=

 

b

0.1 m

=

 

Przyj to nast puj ce wymiary belki: 

 

 

h

45 cm

:=

 

 

 

b

12 cm

:=

 

 

Długo ci obliczeniowa belki 

[Tab. 4.2.2] Belka swobodnie podparta (s.p.) obci ona równomiernie lub równe 

momenty  na  ko cach  Ld/L=1;  wspornik  moment  na  ko cu  Ld/L=1;  s.p.  obci enie  skupione  w  rodku  belki 

Ld/L=0.85; Wspornik, obci enie skupione na ko cu Ld/L=0.85; Wspornik, obci enie równomierne Ld/L=0.6;   

Warto ci  podane  w  tablicy  dotycz   obci e   działaj cych  w  osi  rodkowej  belki.  Dla  obci e   pionowych 
przyło onych do górnej powierzchni belki obliczon  warto  L

d

 zwi ksza si  o 

κ (np = 2) · h, za  dla obci e  

przyło onych do dolnej powierzchni redukuje si  o 

κ (np = 0.5) · h, gdzie h - wysoko  belki. 

 
L

d

 = L + κκκκ · h długo  obliczeniowa belki

 

Ld 6.9 m

=

  

W pa stwa projekcie prosz  przyj  

L

d

 = L + h. Wielko  ta uzale niona jest od sposobu i rodzaju oparcia belki 

 

Moment zginaj cy - belka swobodnie podparta: 

My

q1N Ld

2

8

:=

   

 

 

My 69.09 kN m

=

 

E

E005

fmd
fmk

:=

  Moduł spr ysto ci: 

[wzór.4.2.2.c] 

E

6.02 GPa

=

 

Dla przekrojów prostok tnych smukło  sprowadzona przy zginaniu wyra a si : 

[wzór.4.2.2.c].  

λλλλrel_m

Ld h

fmd

ππππ b

2

E

E0mean

Gmean

:=

 

 

λλλλrel_m 1.05

=

 

Warto  

współczynnika stateczno ci gi tej k

crit

Dla belek z zabezpieczon  stref   ciskan  przed 

przemieszczeniami bocznymi oraz obrotem na podporach warto  współczynnika wynosi 1.0 

kcrit

1

λλλλrel_m 0.75

if

1.56

0.75

λλλλrel_m

(

)

0.75

λλλλrel_m

<

1.4

if

1

λλλλrel_m

2

λλλλrel_m 1.4

>

if

:=

 

kcrit 0.77

=

 

background image

Podstawy budownictwa – SGSP Warszawa 

Zakład Podstaw Budownictwa i Materiałów Budowlanych 

Katedra Bezpiecze stwa Budowli                                                                                                                     

Stan na dzie : 14.IX.2007 r

5/6

Momenty i wska niki bezwładno ci oraz pola przekroju 

Iy

b h

3

12

:=

 

Iy 9.11 10

4

×

cm

4

=

 

Wy

Iy

0.5 h

:=

 

Wy 4.05 10

3

×

cm

3

=

 

Napr enia obliczeniowe od zginania. W tym wypadku belka jest jedynie zginana w jednej płaszczy nie bez 

siły osiowej. 

σσσσmd

My

Wy

:=

   

σσσσmd 17.06 MPa

=

 

Warunek na no no  belki. 

σσσσmd kcrit fmd

1

=

 

σσσσmd 17.06 MPa

=

 

kcrit fmd

18.69 MPa

=

 

Warunek ekonomiczny 

– ideałem jest kiedy pole powierzchni przekroju 

b x h jest minimalne – najta sza konstrukcja

 

70 % <   100% 

Warunek ekonomiczny powinien by  spełniony z uwagi na koszty inwestycji, jednak e nadrz dnym warunkiem 

jest warunek no no ci 

Warunek spełniony 

 

Stany graniczne u ytkowalno ci - ugi cie 

Warto ci współczynnika kdef uwzgl dniaj cego przyrost przemieszczenia od pełzania i wilgotno ci 

[Tab. 5.1] 

Warto ci dla drewna litego i klejonego:  

obci enie stałe - Klasa u ytkowania 1 (KU1)  0.6, (KU2) 0.8, (KU3) 2.0;  

obci enie długotrwałe - (KU1)  0.5, (KU2) 0.5, (KU3) 1.5; 

obci enie  redniotrwałe - (KU1)  0.25, (KU2) 0.25, (KU3) 0.75; 

obci enie krótkotrwałe - (KU1)  0.0, (KU2) 0.0, (KU3) 0.30; 

Udział ka dego rodzaju obci enia 

uwzgl dniamy osobno 

Dla belek i d wigarów dla których L/h >=20 mo na pomin  wpływ siły poprzecznej 

Klasa trwania obci enia 

[Tab.3.2.4] - Stałe (np. ci ar własny) > 10 lat; Długotrwałe (np. obci enie 

magazynu) 6 mies. ÷10 lat;  redniotrwałe (np. obci enie u ytkowe, czasami  nieg je eli długo wyst puje) 1tydz. 

÷ 6 miesi cy; Krótkotrwałe (np.  nieg, wiatr) < 1 tydzie ; Chwilowe - na skutek awarii. Przy kombinacji 

obci e  zawsze bierzemy współczynniki dla obci enia najkrócej wyst puj cego (np. stałe i krótkotrwałe 

bierzemy jak dla krótkotrwałego). 

 

Rozpatrujemy stał  cze  obci enia 

W przypadku obci enia nale y bra  warto  prostopadł  do rozwa anej belki, np. dla obci enia. zmiennego - 

nieg uwzgl dni  

S

kprostopadłe.

 

kdefS 0.6

:=

 

L
h

13.33

=

 

uinstS

5 a Gk

(

)

L

4

384E0mean Iy

L
h

20

if

5 a Gk

(

)

L

4

384E0mean Iy

1 19.2

h
L

2

+

L
h

20

<

if

:=

 

uinstS 0.63 cm

=

 

background image

Podstawy budownictwa – SGSP Warszawa 

Zakład Podstaw Budownictwa i Materiałów Budowlanych 

Katedra Bezpiecze stwa Budowli                                                                                                                     

Stan na dzie : 14.IX.2007 r

6/6

ufinS uinstS 1 kdefS

+

(

)

:=

 

ufinS 1.01 cm

=

 

Rozpatrujemy zmienn  cze  obci enia - obci enie  redniotrwałe  

kdefZ 0.25

:=

 

 

uinstZ

5 a Qk

(

)

L

4

384E0mean Iy

L
h

20

if

5 a Qk

(

)

L

4

384E0mean Iy

1 19.2

h
L

2

+

L
h

20

<

if

:=

 

uinstZ 0.76 cm

=

 

ufinZ uinstZ 1 kdefZ

+

(

)

:=

 

ufinZ 0.95 cm

=

 

Ł czne ugi cie belki 

ufin ufinS ufinZ

+

:=

 

ufin 1.96 cm

=

 

Warto ci graniczne ugi  unet_fin 

[Tab. 5.2.3] Dla obiektów starych i zabytkowych dopuszcza si  zwi kszenie o 

50% 

Bez wygi cia wst pnego: 

d wigary pełno cienne L/300; d wigary kratowe: obliczenia przybli one L/600, obliczenia dokładne L/300; 

konstrukcje  cienne L/200; płyty dachowe L/150; elementy stropu: nietynkowane L/250, tynkowane L/300; 

krokwie, płatwie, inne elementy wi zarów dachowych L/200; deskowania dachowe L/150 

Bez wygi cia wst pnego: 

d wigary pełno cienne L/200; d wigary kratowe: obliczenia przybli one L/400, obliczenia dokładne L/200; 

unetfin

L

300

:=

  

unetfin 2 cm

=

 

Warunek na u ytkowalno  belki 

ufin unetfin

1

=

 

ufin 1.96 cm

=

 

unetfin 2 cm

=

 

Warunek ekonomiczny 

– nie jest konieczne spełnienie warunku, niemniej jednak zmieszczenie si  w poni szym przedziale  wiadczy 

o oszcz dnymprojektowaniu.

 

75 % < 

ufin

unetfin

100

97.96

=

 100% 

Warunek spełniony 

WNIOSEK: Przyj to belk  o wymiarach b x h wykonan  z drewna klejonego klasy GL35. Warunki ekonomiczne 

nie musz  by  rygorystycznie spełnione. Wa niejsze s  warunki no no ci i u ytkowalno ci 

b

0.12 m

=

h

0.45 m

=