Konstrukcje
budowlane
Obciążenia konstrukcji
budowlanych
Konstrukcje
budowlane
Obciążenia konstrukcji
budowlanych
Rodzaje i klasyfikacja obciążeń
Jednym z podstawowych zadań
konstrukcji budowlanych jest przejęcie
działających na nie obciążeń i
przekazanie ich bezpiecznie na grunt.
Analiza obciążeń działających na
konstrukcję oraz na ich elementy
odgrywa bardzo ważną rolę w
projektowaniu konstrukcji.
Obciążenia traktujemy jako siły, jednostką
obciążeń jest więc jednostka siły.
Rodzaje i klasyfikacja obciążeń
Obciążenia, ich wartości oraz sposób
obliczania określają normy obciążeń.
Obciążenia działające na konstrukcje
budowlane można podzielić w różny sposób,
przyjmując różne kryteria.
Klasyfikację obciążeń dokonano według
czterech kryteriów:
- Sposobu przyłożenia do konstrukcji,
- Dynamiki przyłożenia do konstrukcji,
- Czasu trwania i sposobu działania,
- Roli, jaką spełnia w obliczeniach statycznych.
Rodzaje i klasyfikacja obciążeń
Ze względu na sposób przyłożenia do
konstrukcji obciążenia dzielimy na:
• Objętościowe, np.: ciężar własny betonu,
pisaku, wody, gruntu, itd.,
• Powierzchniowe, np. ciężar wykładziny
podłogowej leżącej na stropie,
• Liniowe (ciągłe), np. ciężar ścianki
działowej ustawionej na stropie,
• Skupione, np. obciążenie słupem innego
elementu konstrukcji.
Rodzaje i klasyfikacja obciążeń
Ze względu na dynamiki przyłożenia do
konstrukcji obciążenia dzielmy na:
• statyczne - to takie, którego wartość zwiększa się
powoli od zera do wartości maksymalnej (np.
obciążanie ławy fundamentowej murowaną na niej
ścianą),
• dynamiczne- to takie, którego zmienia się nagle
lub cyklicznie (np. obciążenie mostu spowodowane
przejeżdżającym pociągiem, uderzenie fali morskiej
w konstrukcje nadbrzeżne),
Obciążenia dynamiczne oddziaływają silnej na
konstrukcje niż obciążenia statyczne. Ze względu
na duże trudności w opisie matematycznym
często prowadzi się obliczenia uproszczone,
przyjmując zamiast obciążeń dynamicznych
odpowiednie zastępcze obciążenia statyczne.
Rodzaje i klasyfikacja obciążeń
Ze względu na czasu trwania i sposobu
działania obciążenia dzielmy na:
• stałe,
• zmienne,
• wyjątkowe.
Obciążenia stałe – są to obciążenia, których
wartość, kierunek i miejsce przyłożenia do
konstrukcji nie zmieniają się w czasie jej
wznoszenia i eksploatacji.
Zgodnie z
normą PN-82/B-02001
zaliczamy do nich
ciężar własny stałych elementów konstrukcji
budowlanych, ciężar własny gruntu w stanie
rodzimym, nasypów i zasypów oraz parcie z niego
wynikające.
Rodzaje i klasyfikacja obciążeń
Obciążenia zmienne – są to obciążenia,
których kierunek działania, wartość lub
położenie może ulegać zmianie.
Obciążenia zmienne dzieli się na
technologiczne (zależne od funkcji i sposoby
użytkowania obiektu budowlanego) oraz
środowiskowe (zależne od środowiska, w
którym budowla jest wzniesiona). W
zależności od czasu ich trwania wyróżniamy
obciążenia zmienne w całości długotrwałe, w
części długotrwałe oraz w całości
krótkotrwałe.
Rodzaje i klasyfikacja obciążeń
Do obciążeń zmiennych w całości długotrwałych
należą:
• Ciężar własny tych części konstrukcji, których
położenie może ulegać zmianie w czasie użytkowania
budowli,
• Ciężar własny urządzeń związanych na stałe z
użytkowaniem budowli np. ciężar pieców, kotłów,
• Ciężar własny i parcie ciał sypkich, cieczy i gazów
wypełniających urządzenia w czasie eksploatacji,
• Obciążenie gruntem budowli zagłębionych w gruncie,
• Parcie wody o stałym poziomie zwierciadła,
• Obciążenie temperaturą powstałą podczas
użytkowania urządzeń stałych.
Rodzaje i klasyfikacja obciążeń
Do obciążeń zmiennych w części
długotrwałych należą:
• Obciążenia stropów w pomieszczeniach
magazynowych, mieszkalnych, przemysłowych
itp.,
• Parcie wody o zmiennym poziomie zwierciadła,
• Siły wywołane nierównomiernym osiadaniem
podłoża,
• Ciężar ludzi, urządzeń i materiałów w
miejscach remontu maszyn i urządzeń,
• Obciążenia od suwnic, ładowarek wciągarek i
innych urządzeń używanych w czasie
eksploatacji konstrukcji.
Rodzaje i klasyfikacja obciążeń
Do obciążeń zmiennych w całości
krótkotrwałych należą:
• Obciążenia powstające w czasie transportu
i montażu konstrukcji,
• Obciążenia śniegiem ,
• Obciążenia wiatrem ,
• Obciążenia termiczne pochodzenia
klimatycznego,
• Oblodzenie,
• Parcie kry lodowej,
• Obciążenia wywołane specyfiką produkcji
materiałów budowlanych, np. większy
ciężar świeżego betonu.
Rodzaje i klasyfikacja obciążeń
Obciążenia wyjątkowe są to obciążenia
wynikające z mało prawdopodobnych
zdarzeń, ale możliwych do wystąpienia w
czasie eksploatacji obiektu. Należ do nich:
• uderzenia piorunami,
• obciążenia sejsmiczne,
• obciążenia spowodowane huraganowym
wiatrem, powodzią, wybuchem lub pożarem,
• obciążenia spowodowane nierównomiernym
osiadaniem wywołanym zmianą struktury
gruntu, np. odkształcenia powierzchni ziemi
na terenach wyrobisk górniczych.
Rodzaje i klasyfikacja obciążeń
Ze względu na rolę, jaką pełnią w obliczeniach
statycznych, obciążenia dzielmy na :
• charakterystyczne,
• obliczeniowe.
Charakterystyczna wartość obciążenia - jest
ustalana odpowiednio do przewidywanego
sposobu użytkowania konstrukcji. Dla każdego
obciążenia odczytujemy ją z odpowiednich norm.
Rzeczywista wartość obciążenia może się jednaka
różnić od ustalonej wartości charakterystycznej.
Dlatego na podstawie wyników wieloletnich
badań określono wiele częściowych
współczynników bezpieczeństwa.
Pozwalają one ustalić gwarantującą bezpieczeństwo
konstrukcji wartość obliczeniową obciążenia.
Rodzaje i klasyfikacja obciążeń
Obliczeniową wartość obciążenia uzyskuje się ,
mnożąc wartość charakterystyczną przez odpowiedni
dla danego obciążenia ( zgodnie z normą obciążeń)
współczynnik obciążenia.
G
o
= γ
f
x G
k
; g
o
= γ
f
x g
k
Q
o
= γ
f
x Q
k
; q
o
= γ
f
x q
k
,
gdzie:
G
k
, g
k
- wartości charakterystyczne obciążenia stałego,
Q
k ,
q
k
- wartości charakterystyczne obciążenia
zmiennego,
G
o
, g
o
– wartości obliczeniowe obciążenia stałego,
Q
o ,
, q
o
– wartości obliczeniowe obciążenia zmiennego,
γ
f
- współczynnik obciążenia.
Z uwagi na to, że na konstrukcję działa zazwyczaj
jednocześnie kilka różnych obciążeń, w celu
zapienienia jej bezpieczeństwa należy ustalić
najbardziej niekorzystną kombinację tych obciążeń.
Normy dotyczące obliczania
obciążeń
• Norma to dokument powszechnego użytku,
który ustala zasady postępowania lub
cechy charakterystyczne materiałów,
wyrobów, procesów itd.
• W Polsce obowiązują Polskie Normy (PN)
oraz normy międzynarodowe przyjęte i
zatwierdzone przez ISO (Międzynarodowa
Organizację Normalizacyjną) oraz EN
(Europejski Komitet Normalizacji)
• Normy zgłaszane są przez ministra ds.
budownictwa a następne ustanawiane
przez Polski Komitet Normalizacji, Miar i
Jakości i publikowane jako obowiązujące w
Dzienniku Normalizacji i Miar.
Normy dotyczące obliczania
obciążeń
• W oznaczeniu normy poszczególne symbole
literowe i liczbowe maja swoje znaczenie, np. PN
-82/B-02000 oznacza Polska Normę ustanowioną w
1982r. Dla budownictwa o numerze 02000.
• Na pierwszej stronie każdej normy podany jest tytuł
oraz spis treści. We wstępie opisane są:
- przedmiot normy,
- zakres jej stosowania,
- określenia dotyczące przedmiotu norm,
- podstawowe oznaczenia (symbole) użyte w
normie.
Na końcu mogą być załączniki, do których są
odwołania w treści.
Normę zamykają informacje dodatkowe, w których
zamieszcza się istotne informacje niestanowiące
normy, a bezpośrednio z nią zwiąne.
Normy dotyczące obliczania
obciążeń
WYKAZ POLSKICH NORM DO OBOWIĄZKOWEGO STOSOWANIA
(ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ROZWOJU REGIONALNEGO I
BUDOWNICTWA z dnia 3 kwietnia 2001 r. w sprawie wprowadzenia
obowiązku stosowania niektórych Polskich Norm dla budownictwa.):
• 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-86/B-02005 Obciążenia budowli. Obciążenia suwnicami
pomostowymi, wciągarkami i wciągnikami
• PN-80/B-02010 Obciążenia w obliczeniach statycznych.
Obciążenie śniegiem
• PN-77/B-02011 Obciążenia w obliczeniach statycznych.
Obciążenie wiatrem
• PN-87/B-02013 Obciążenia budowli. Obciążenia zmienne
środowiskowe. Obciążenie oblodzeniem
• PN-88/B-02014 Obciążenia budowli. Obciążenie gruntem
• PN-86/B-02015 Obciążenia budowli. Obciążenia zmienne
środowiskowe. Obciążenie temperaturą.
Normy dotyczące obliczania
obciążeń
• Przy korzystaniu z norm należy zwrócić uwagę na różny
sposób określania obciążeń , tzn. różne ich miana .
• Spotykamy obciążenia skupione w kN, liniowe w kN/ m oraz
powierzchniowe w kN/m 2.
• Normy podają wartości obciążeń odpowiednio do sposobu
ich oddziaływania np.:
- 22 kN/m3 – obciążenie objętościowe,
- 0,23 kN/m2 – obciążenie powierzchniowe,
- 0, 364 kN/m – obciążenie liniowe (stalowy dwuteownik),
- 156 kN – obciążenie skupione – ciężar z ładunkiem wózka.
Może się zdarzyć, że producent określi masę wyrobu w
Belki stalowe I 240 w 36, 2 kg/m . Na podstawie tej informacji
można określić, że ciężar tej belki stanowiący obciążenie to:
36,2 kg/m x 10 N = 362n/m = 0.362 kN/m. (1 kG = 10N)
Normy dotyczące obliczania
obciążeń
Przy obliczaniu obciążeń należy uwzględnić:
- Na konstrukcje działa zazwyczaj kilka grup
obciążeń (liniowe, powierzchniowe,
objętościowe) i musimy potrafić zsumować
ich oddziaływanie,
- Obciążenia traktowane jako siły należy
sumować zgodnie z określonymi regułami
wykonywania działań na siłach,
- Obciążenia mogą zmieniać swoją wartość,
kierunek, zwrot i miejsce przyłożenia, dlatego
należy je obliczać przy uwzględnieniu
najbardziej niekorzystnej dla rozpatrywanego
stanu naprężeń ich kombinacji.