1. INFORMACJE OGÓLNE
1.1 Konstrukcje stalowe
1.1.1 Stal jako materiał konstrukcyjny
Stal jest stopem żelaza z węglem i innymi pierwiastkami chemicznymi jak mangan,
chrom, niob, molibden oraz technicznie nieuniknionymi domieszkami jak siarka, fosfor,
krzem, tlen i wodór. Materiałem wyjściowym do wytopu stali jest płynna surówka wytapiana
z rudy, a jej przerobu na stal dokonuje się w specjalnych piecach stalowniczych.
Stal ma wysoką wytrzymałość przy wszystkich stanach wytężenia, a więc przy
rozciąganiu, ściskaniu, zginaniu i ścinaniu. Ponadto ma dużą zdolności do odkształceń
plastycznych, umożliwiającą plastyczną redystrybucję sił wewnętrznych, zahamowanie ich
wzrostu w przekrojach przeciążonych i sygnalizacje stanu awaryjnego. Ze względu na
jednorodną strukturę i wysoki współczynnik sprężystości najbardziej odpowiada założeniom
teorii materiałów izotopowych i sprężystych.
Konstrukcje stalowe odznaczają się wysoką niezawodnością, która jest wynikiem:
- jednorodności struktury materiału,
- dużej zdolności do odkształceń plastycznych,
- niezmienności właściwości mechanicznych stali w okresie użytkowania obiektu.
Elementy konstrukcji mają małe przekroje i mały ciężar w stosunku do ich nośności,
odznaczają się wysokim stopniem prefabrykacji i dokładności wykonania oraz łatwym i
szybkim montażem. Również łatwy jest demontaż konstrukcji przy znacznym odzysku
materiału przydatnego do przetopienia i przetwórstwa.
Do ujemnych cech stali należy wrażliwość na korozję oraz utrata wytrzymałości w
temperaturze 400  600oC. Wady te można zminimalizować za pomocą znanych metod
ochrony antykorozyjnej lub ogniowej.
1.1.2 Gatunki i właściwości stali
Elementy konstrukcji budynków wykonuje się z kształtowników (walcowanych,
spawanych lub giętych) blach grubych i cienkich oraz taśm walcowanych na gorąco.
Projektuje się je ze stali konstrukcyjnej gatunków wymienionych w tablicy 1.1. Powszechnie
stosowane są wyroby walcowane z niestopowej stali konstrukcyjnej. Ogólne warunki
techniczne dostawy tych wyrobów są podane w pierwszej części normy PN-EN 10025, a
gatunki najczęściej stosowanych stali niestopowych w drugiej części tej normy. Do
powszechnie stosowanych należą również stale drobnoziarniste wg PN-EN 10025-3 i PN-EN
10025-4. Gatunki stali przeznaczonej do produkcji kształtowników o przekrojach
zamkniętych (kołowe, kwadratowe, prostokątne) są podane w normach PN-EN 10210-1 i PN-
EN 10219-1.
7
Tablica 1.1 Nominalne wartości granicy plastyczności f i wytrzymałości na rozciąganie fu
y
dla stali konstrukcyjnej walcowanej na gorąco (według PN-EN 1993-1-1)
Nominalna grubość elementu t [mm]
Norma i gatunek
t Ł� 40 mm 40 <� t Ł� 80 mm
stali
fy [N/mm2] fu [N/mm2] fy [N/mm2] fu [N/mm2]
EN 10025-2
S235 235 360 215 360
S275 275 430 255 410
S355 355 510 335 470
S450 450 550 410 550
EN 10025-3
S275N/NL 275 390 255 370
S355N/NL 355 490 335 470
S420N/NL 420 520 390 520
S460N/NL 460 540 430 540
EN 10025-4
S275M/ML 275 370 255 360
S355M\ML 355 470 335 450
S420M/ML 420 520 390 500
S460M/ML 460 540 430 530
EN 10025-5
S235W 235 360 215 340
S355W 355 510 335 490
EN 10025-6
S460Q/QL/QL1 460 570 440 550
EN 10210-1
S235H 235 360 215 340
S275H 275 430 255 410
S355H 355 510 335 490
S275NH/NLH 275 390 255 370
S355NH/NLH 355 490 335 470
S420NH/NLH 420 540 390 520
S460NH/NLH 460 560 430 550
EN 10219-1
S235H 235 360
S275H 275 430
S355H 355 510
S275NH/NLH 275 370
S355NH/NLH 355 470
S460NH/NLH 460 550
S275MH/MLH 275 360
S355MH/MLH 355 470
S420MH/MLH 420 500
S460MH/MLH 460 530
8
Wartości obliczeniowe stałych materiałowych stali należy przyjmować następująco:
- moduł sprężystości E =� 210000 N/mm2,
E
- moduł sprężystości przy ścinaniu G =� @� 81000 N/mm2,
2(�1+� )�
- współczynnik Poissona (w stanie sprężystym) =� 0,3 ,
12 ��10-�6
- współczynnik rozszerzalności cieplnej liniowej a� =� (dla T Ł� 100o C ),
K
- masa objętościowa 7850 kg/m3.
1.1.3 Asortyment wyrobów
Większość wyrobów stalowych kształtuje się przy zastosowaniu obróbki plastycznej
przez walcowanie, przeciąganie, tłoczenie lub kucie. Podstawowym procesem przeróbki stali
jest walcowanie.
Walcowanie jest procesem, w którym wyrób przyjmuje żądany kształt pod wpływem
nacisków walców obracających się w przeciwnym kierunku. Walce mogą być gładkie,
służące do produkcji wyrobów płaskich lub bruzdowe służące do produkcji kształtowników o
profilu otwartym (dwuteowniki, ceowniki, kątowniki). Charakterystyczne przekroje tych
kształtowników przedstawiono na rysunku 1.1.
Rys. 1.1. Kształtowniki walcowane na gorąco: a) � c) dwuteowniki zwykłe,
równoległościenne i szerokostopowe, d) ceowniki, e) i f) kątowniki równoramienne i
nierównoramienne (opis w tekście)
Dwuteowniki zwykłe (rys. 1.1a) są produktem przestarzałym. Nowocześniejszym produktem
są dwuteowniki równoległościenne (rys. 1.1b), które maja przekrój bardziej efektywny przy
zginaniu i których połączenia są łatwiejsze do wykonania. Dwuteowniki szerokostopowe (rys.
1.1c) są stosowane na słupy ściskane osiowo i mimośrodowo, a kątowniki (rys. 1.1e i 1.1.f) 
na pręty kratownic i stężeń.
Produkcja rur wymaga stosowania urządzeń uzupełniających. Oprócz rur walcowanych są
również produkowane rury gięte ze szwem zgrzewane prądami o wysokiej częstotliwości.
Rury te maja przekrój okrągły, kwadratowy lub prostokątny. Stosowanie rur jest szczególnie
korzystne w elementach ściskanych osiowo lub mimośrodowo. Stosowanie ich daje duże
oszczędności materiału i kosztów mimo wyższej ceny wyrobów.
Gięcie na zimno jest procesem przeróbki plastycznej materiału wyjściowego w postaci
taśm, wstęg lub pasów ciętych z blach o grubości od 1,5 do 5 mm. Za pomocą gięcia uzyskuje
się wyroby o różnych kształtach przekroju i różnym przeznaczeniu (rys. 1.2).
9
Rys. 1.2. Przykłady wyrobów giętych: a) kształtowniki, b) blachy profilowane, c) kasety.
Szczególnie duże zastosowanie mają zetowniki i ceowniki (rys. 1.2a), które są stosowane na
płatwie i rygle ścienne budynków halowych z lekką obudową. Pozostałe kształtowniki są
stosowane na elementy konstrukcji złożonej oraz na elementy drugorzędne jak ościeżnice,
bramy, schody, regały itp. Blachy profilowane i kasety (rys. 1.2b i 1.2c) znajdują szerokie
zastosowanie w lekkiej obudowie dachów i ścian.
Uzupełnieniem asortymentu dwuteowników walcowanych są dwuteowniki spawane (rys.
1.3 i rys. 1.4) produkowane w sposób zmechanizowany.
Rys. 1.3. Dwuteowniki spawane: a) IPBS, b) HKS, c) IKS lub IKSH
Dwuteowniki według rysunku 1.3 są stosowane na silnie obciążone elementy konstrukcji:
- słupy ściskane mimośrodowo  IPBS,
- słupy ściskane osiowo  HKS,
- belki i rygle ram  IKS lub IKSH.
Dwuteowniki IKHS są tzw. elementami hybrydowymi, wykonywanymi ze stali dwóch
gatunków. Pasy są wykonywane ze stali o większej wytrzymałości niż środnik co umożliwia
lepsze wykorzystanie materiału w przekroju zginanym i wpływa na obniżenie kosztu wyrobu.
10
Rys. 1.4. Dwuteowniki spawane ze środnikiem falistym
Dwuteowniki spawane ze środnikiem falistym są odmianą dwuteowników spawanych o
cienkościennym wyprofilowanym faliście środniku i pasach z blachy płaskiej.
Faliste wygięcie środnika zapewnia mu odpowiednią sztywność co umożliwia zmniejszenie
grubości do 2  3 mm i znaczną redukcję ciężaru wyrobu. Wysokość środnika h wynosi od
500 do 1500 mm. Dwuteowniki ze środnikiem falistym są stosowane na belki oraz słupy i
rygle ram.
Drugą grupę wyrobów spawanych stanowią belki ażurowe wytwarzane z odpowiednio
rozciętych dwuteowników walcowanych (rys. 1.5).
Rys. 1.5. Kształtowanie belek ażurowych (opis w tekście)
Dwuteowniki rozcina się wzdłuż linii łamanej (rys. 1.5a) lub złożonej z odcinków prostych i
łuków (rys. 1.5d), a następnie odpowiednio zestawia rozcięte części i spawa. Belki ażurowe
mają znacznie większą nośność i sztywność niż kształtowniki, z których zostały wykonane, a
otwory w środnikach mogą być wykorzystane do prowadzenia instalacji. Dalsze zwiększenie
wysokości belki można uzyskać za pomocą wkładek z płaskowników jak na rysunku (1.5c).
Ręczne wykonanie belek ażurowych jest bardzo pracochłonne. Wykonanie ich jest
jedynie opłacalne w warunkach zmechanizowanej produkcji seryjnej. Nowoczesne linie
technologiczne są wyposażone w urządzenia do automatycznego ciecia kształtowników oraz
urządzenia do składania i spawania belek.
Asortyment i charakterystyki techniczne wyrobów stalowych są podane w katalogach
producentów oraz w Tablicach [6].
11
1.1.4 Zakres stosowania
Konstrukcje stalowe są stosowane głównie w budownictwie przemysłowym w obiektach
produkcyjnych: przemysłu hutniczego, maszynowego i włókienniczego, energetyki i innych.
Ze stali wykonywane są również konstrukcje inżynierskie jak i zbiorniki i silosy, kominy oraz
wieże i maszty. Warunki stawiane tym obiektom najlepiej spełnia konstrukcja stalowa.
W budownictwie ogólnym wykonuje się ze stali konstrukcje hal i pawilonów (sportowe,
handlowe, widowiskowe, wystawowe i inne) oraz w niewielkim zakresie konstrukcje
budynków biurowych i mieszkalnych.
Wielorodzinne budynki mieszkalne o szkielecie stalowym mają obecnie charakter
unikatowy. Większe uzasadnienie ma rozwój budynków jednorodzinnych o bardzo lekkim
szkielecie z kształtowników giętych na zimno i lekkich elementach obudowy. Budynki takie
odznaczają się prostotą montażu i konkurencyjną ceną w stosunku do rozwiązań
tradycyjnych.
Konstrukcje stalowe są szczególnie przydatne w budownictwie na terenach szkód
górniczych i terenach sejsmicznych (ze względu na swobodę kształtowania ustroju nośnego)
oraz w obiektach tymczasowych.
1.2 Konstrukcje ze stopów aluminium
1.2.1 Właściwości aluminium i jego stopów
Stopy aluminium maja znacznie wyższą wytrzymałość niż czyste aluminium.
Składnikami stopów mogą być: miedz
, krzem, magnez, cynk, mangan, rzadziej nikiel, tytan i
chrom. Rozróżnia się stopy do odlewów i stopy do przeróbki plastycznej.
Istotne właściwości stopów to:
- moduł sprężystości podłużnej E =� 70000 N/mm2,
- moduł sprężystości przy ścinaniu G =� 27000 N/mm2,
23��10-�6
- współczynnik rozszerzalności cieplnej .
K
Masa objętościowa zależy w pewnym stopniu od gatunku stopu i wynosi średnio 2700 kg/m3.
Stopy aluminium odznaczają się dużą odpornością na korozje atmosferyczną, są mniej
wrażliwe niż stal na obciążenia dynamiczne i powtarzalne, są antymagnetyczne i nie mają
zdolności iskrzenia co jest istotne w przypadku zbiorników.
1.2.2 Asortyment wyrobów
W konstrukcjach budowlanych są stosowane głównie stopy przeznaczone do przeróbki
plastycznej. Przerabia się je głownie przez walcowanie (produkcja blach i taśm) oraz
wyciskanie (produkcja kształtowników, prętów i rur). Wyroby dostarczane są w różnych
stanach obróbki cieplnej. Gatunki stopów, ich właściwości wytrzymałościowe w zależności
od stanu obróbki cieplnej oraz asortyment i wymiary wyrobów są podane w Tablicach [6].
1.2.3 Zakres stosowania
Mimo korzystnych właściwości, zastosowanie stopów aluminium w konstrukcjach
budowlanych jest niewielkie ze względu na wysoki koszt  znacznie wyższy niż koszt stali.
Zastosowanie ich może być celowe w następujących przypadkach:
- gdy obciążenia użytkowe są małe w stosunku do ciężaru własnego konstrukcji (przekrycia
dachowe, kładki dla pieszych),
- w konstrukcjach ruchomych jak suwnice, mosty ruchome,
12
- w konstrukcjach rozbieralnych lub przenośnych jak hale wystawowe i magazynowe,
rusztowania,
- w konstrukcjach montowanych w trudnych warunkach jak np. linie energetyczne w górach,
- zbiorniki i silosy,
- bariery drogowe (ze względu na dobre tłumienie energii uderzenia).
Wyroby ze stopów aluminium stosowane są dość często w lekkiej obudowie budynków
(ściany osłonowe, pokrycia dachowe, okna, drzwi itp.).
1.3 Konstrukcje zespolone stalowo-betonowe
1.3.1 Właściwości konstrukcji
Konstrukcje zespolone stalowo-betonowe powstają w wyniku połączenia stalowych
elementów konstrukcyjnych z betonem w taki sposób aby obie części składowe mogły być
traktowane jako jeden element. W większości przypadków zespolenie oznacza połączenie
mechaniczne, które nie zależy od przyczepności lub adhezji na powierzchni styku betonu i
stali. Zespolenie mechaniczne zapewnia się za pomocą różnego rodzaju łączników.
Warunkiem współdziałania stali i betonu w zespolonym elemencie zginanym jest
zabezpieczenie go przed rozwarstwieniem. Jeżeli belka składa się z dwóch warstw
niepołączonych ze sobą, to przed wpływem obciążenia warstwy te będą zachowywały się
niezależnie od siebie, a belka ulegnie odkształceniu jak na rysunku 1.6. Jeżeli belka ma
zachować się jak pełna o wysokości 2h , wówczas należy uniemożliwić jej częściom I i II
przesuwanie się po sobie.
Rys. 1.6. Odkształcenia belki złożonej z dwóch warstw niepołączonych ze sobą
Rys. 1.7. Wpływ zespolenia na rozkład naprężeń: a) przekrój belki, b) naprężenia normalne,
c) naprężenia styczne
13
Na rysunku 1.7 przedstawiono wykresy naprężeń normalnych i stycznych dla dwóch
wariantów przekroju złożonego z części o jednakowych wymiarach, wykonanych z materiału
sprężystego o współczynniku sprężystości E :
- wariant I  obie części są połączone nieprzesuwnie,
- wariant II  obie części mają swobodę przesuwu.
Można łatwo wykazać, że w wariancie I naprężenia normalne są dwukrotnie mniejsze niż w
wariancie II, a ugięcie belki jest czterokrotnie mniejsze. Nie uległy zmianie jedynie
maksymalne naprężenia styczne.
W konstrukcji zespolonej sumują się zalety i redukują wady obu części składowych, tj.
kształtowników stalowych i betonu.
Zalety konstrukcji stalowych, które można zachować, a nawet powiększyć w konstrukcji
zespolonej, to mały ciężar, łatwość wykonania i montażu oraz łatwość dokonywania napraw i
zmian związanych z eksploatacją obiektu. Wadami są: wrażliwość na utratę stateczności,
mała odporność na działanie korozji i ognia oraz wysoki koszt.
Zaletami konstrukcji z betonu są niższe koszty materiałowe, swoboda kształtowania, duża
sztywność i wytrzymałość na ściskanie oraz odporność na działania korozji i ognia.
Wykonanie konstrukcji z betonu w porównaniu z konstrukcjami stalowymi trwa jednak
znacznie dłużej.
Zespolenie elementów stalowych z betonem umożliwia zmniejszenie zużycia stali i
kosztów konstrukcji w porównaniu z konstrukcją stalową. Wskutek zespolenia płyty
stropowej z belką stalową, naprężenia ściskające w całym lub w większej części przekroju są
przejmowane przez beton, a sztywność przekroju znacznie wzrasta. W przypadku słupów,
obetonowanie kształtownika stalowego lub wypełnienie betonem rury stalowej powoduje
przejęcie części obciążeń przez beton i również zwiększenie sztywności przekroju. Ponadto
obetonowanie słupów stalowych stanowi w wielu przypadkach najłatwiejszy i najtańszy
sposób zabezpieczenia ich przed korozją i ogniem. Zwiększenie odporności ogniowej
powstaje wskutek zwiększenia pojemności cieplnej elementów, zmniejszenia udziału stali w
przenoszeniu obciążeń oraz izolacyjnego działania betonu. Wypełnianie betonem słupów o
przekrojach rurowych oprócz podobnych korzyści co obetonowanie umożliwia dodatkowo
zmniejszenie pracochłonności wykonania poprzez eliminacje deskowań. W porównaniu z
konstrukcjami z betonu uzyskuje się zmniejszenie ogólnego ciężaru konstrukcji oraz
zmniejszenie pracochłonności i skrócenie czasu budowy.
Konstrukcje zespolone budynków projektuje się w stanach granicznych metoda
współczynników częściowych zgodnie z regułami podanymi w PN-EN 1994-1-1.
Niekorzystnymi zjawiskami w konstrukcjach zespolonych jest skurcz i pełzanie betonu.
Skurcz powstaje podczas twardnienia betonu i powoduje powstanie naprężeń wstępnych 
rozciągających w betonie i ściskających w zbrojeniu. Pełzanie polega na powolnym wzroście
odkształceń betonu pod wpływem długotrwałego obciążenia. W wyniku skurczu i pełzania
następuje zmniejszenie nośności i sztywności elementów, co należy uwzględnić w
obliczeniach. Ścisłe sformułowania matematyczne tych zjawisk jest trudne i pracochłonne.
Dla celów praktycznych stosuje się metody uproszczone podane w normie.
1.3.2 Materiały konstrukcyjne
Beton
Właściwości betonów zwykłych przyjmuje się według PN-EN 1992-1-1/3.1, a betonów
lekkich według rozdziału 11.3 tejże normy.
Do konstrukcji zespolonych stosuje się beton o wytrzymałości nie niższej niż C20/25 i
LC20/22 oraz nie wyższej niż C60/75 i LC60/66.
Zbrojenie
Właściwości materiałowe przyjmuje się według PN-EN 1992-1-/3.2.
14
Obliczeniowe wartości modułów sprężystości Es można przyjmować równe wartością
podanym dla stali konstrukcyjnej w PN-EN 1993-1-1/3.2.6 (patrz p. 1.1.2).
Stal konstrukcyjna
Właściwości materiałowe przyjmuje się według PN-EN 1993-1-1/3.1 i 3.2 (patrz p. 1.1.2). Do
wykonania konstrukcji zespolonych budynków stosuje się stal o nominalnej granicy
plastyczności nie większej niż 460 N/mm2.
A
ączniki
Najczęściej są stosowane łączniki sworzniowe z łbami według PN-EN ISO 13918.
Poszycie ze stalowych blach profilowanych pod płyty zespolone
Blachy powinny być wykonane ze stali wg PN-EN 10015, stalowej blachy do kształtowania
na zimno wg PN-EN 10149-2 lub PN-EN 10149-3 lub stalowej blachy ocynkowanej wg PN-
EN 10147. Nominalna grubość blachy powinna być nie mniejsza niż 0,7 mm.
1.3.3 Zakres stosowania
W krajach o rozwiniętej technice, konstrukcje zespolone stalowo-betonowe są szeroko
stosowane w budownictwie wielokondygnacyjnym (ogólnym i przemysłowym) oraz w
budownictwie mostowym i budowlach inżynierskich. Zastosowanie ich w Polsce jest
niewielkie  ograniczone prawie wyłącznie do budownictwa mostowego.
Przyczynami, które przez szereg lat hamowały rozwój konstrukcji zespolonych były
ograniczenia materiałowe i technologiczne oraz niedostatek wiedzy na temat tych konstrukcji
w środowisku projektantów. Brak było odpowiednio profilowanych blach do płyt
zespolonych i nowoczesnych łączników do zespolenia stali i betonu. Konstrukcje zespolone
nie były przez szereg lat uwzględniane w programach studiów, brak było przedmiotowej
literatury technicznej i zrozumiałych procedur projektowania w normach.
Można oczekiwać, że konstrukcje zespolone stalowo-betonowe znajdą wkrótce należne
im miejsce w polskim budownictwie. Czynniki hamujące juz nie występują, a
unowocześnienie budownictwa postępuje bardzo szybko.
1.4 Podstawy projektowania konstrukcji
1.4.1 Obowiązujący zestaw norm
Zasady projektowanie konstrukcji są określane w normach opartych na aktualnym stanie
wiedzy. W Polsce obowiązują (od kwietnia 2010) normy europejskie, tzw. Eurokody. Wersje
krajowe Eurokodów są oznaczone wyróżnikiem literowym danego kraju (w przypadku Polski
jest to PN), który poprzedza symbol Eurokodu EN.
Eurokody stanowią podstawę projektowania budynków i konstrukcji inżynierskich.
Zestaw Erokodów składa się z 10 zbiorów tematycznych obejmujących:
- podstawy projektowanie konstrukcji (PN-EN 1990),
- oddziaływania na konstrukcję (PN-EN 1991),
- projektowanie konstrukcji z betonu (PN-EN 1992),
- projektowanie konstrukcji stalowych (PN-EN 1993),
- projektowanie konstrukcji zespolonych stalowo-betonowych (PN-EN 1994),
- projektowanie konstrukcji drewnianych (PN-EN 1995),
- projektowanie konstrukcji murowanych (PN-EN 1996),
- projektowanie geotechniczne (PN-EN 1997),
- projektowanie sejsmiczne (PN-EN 1998),
- projektowanie konstrukcji aluminiowych (PN-EN 1999).
Niektóre Eurokody tematyczne składają się z wielu części (patrz rys. 1.8 i rys. 1.9).
15
Rys. 1.8. Schemat Eurokodu1: Oddziaływania na konstrukcję [7]
Rys. 1.9. Schemat Eurokodu 3: Projektowanie konstrukcji stalowych [7]
16
W analizie konstrukcji należy zwrócić uwagę na nowe oznaczenia osi przekroju
kształtowników. Osią podłużna pręta jest obecnie oś xx, a osiami przekroju poprzecznego są
osie yy oraz zz jak na rysunku 1.10. W przypadku posługiwania się tablicami wydanymi
przed wprowadzeniem Eurokodów (np. [6]) należy dokonać odpowiedniej korekty oznaczeń.
Rys. 1.10. Oznaczenia wymiarów i osi kształtowników wg PN-EN 1993-1-1
1.4.2 Oddziaływania na konstrukcję
W obliczeniach statycznych budynków przyjmuje się następujące oddziaływania:
- ciężar własny i obciążenie użytkowe,
- obciążenie śniegiem,
- oddziaływanie wiatru,
- oddziaływania termiczne,
17
- oddziaływania wywołane dz
wignicami.
W uzasadnionych przypadkach uwzględnia się również:
- oddziaływania na konstrukcję w warunkach pożaru,
- oddziaływania w czasie wykonywania konstrukcji,
- oddziaływania wyjątkowe.
�� Obciążenia stałe i użytkowe należy przyjmować według PN-EN 1991-1-1. W normie
podano wartości nominalne ciężarów objętościowych materiałów budowlanych oraz wartości
charakterystyczne obciążeń użytkowych stropów i dachów. Wartości obciążeń użytkowych
uzależniono od kategorii użytkowania. Dla powierzchni biurowych (kategoria B) norma
zaleca przyjmować obciążenie równomiernie rozłożone qk od 2,0 do 3,0 kN/m2 i obciążenie
skupione Qk od 1,0 do 4,5 kN. Wartości zalecane podkreślono. Dla dachów bez dostępu z
wyjątkiem zwykłego użytkowania i napraw (kategoria H) wartości obciążenia qK mogą być
wybrane z zakresu od 0,0 kN/m2 do 1,0 kN/m2, QK z zakresu od 0,9 kN do 1,5 kN.
Wartościami zalecanymi są: qk =� 0,4 kN/m2, Qk =� 1,0 kN.
Podane wartości nie uwzględniają niekontrolowanego gromadzenia materiałów budowlanych,
które może wystąpić w czasie prac związanych z utrzymaniem budynku.
�� Obciążenie śniegiem jest przedmiotem normy PN-EN 1991-1-3, zawierającej
Załącznik krajowy NB. W Załączniku podano podział Polski na strefy obciążenia śniegiem
gruntu i wartości charakterystyczne tego obciążenia ( sk ). Śnieg może się rozkładać na dachu
nierównomiernie, na co mają wpływ następujące czynniki:
- kształt dachu,
- jego właściwości termiczne,
- chropowatość jego powierzchni,
- ilość ciepła wytwarzanego pod dachem,
- bliskość sąsiednich budynków,
- otaczający teren,
- miejscowe warunki klimatyczne.
W projekcie należy wziąć pod uwagę obciążenie równomierne i nierównomierne. W sytuacji
obliczeniowej trwałej odnoszącej się do zwykłych warunków użytkowania oraz przejściowej
(np. w czasie budowy lub naprawy) obciążenie śniegiem dachu ustala się następująco:
s =� m�i �� Ce �� Ct �� sk (1.1)
gdzie:
m�i - współczynnik kształtu dachu,
Ce - współczynnik ekspozycji,
Ct - współczynnik termiczny,
sk - wartość charakterystyczna obciążenia śniegiem.
Przyjmuje się, że obciążenie działa pionowo na obszarze rzutu dachu na płaszczyznę
poziomą.
�� Oddziaływania wiatru są przedmiotem normy PN-EN 1991-1-4 zawierającej
Załącznik krajowy NA. W Załączniku podano podział Polski na strefy obciążenia wiatrem
oraz postanowienia krajowe dotyczące oddziaływania wiatru. Obciążenie wiatrem konstrukcji
i elementów konstrukcyjnych należy wyznaczyć biorąc pod uwagę zarówno ciśnienie
zewnętrzne jak i wewnętrzne wywierane przez wiatr. Ciśnienie wiatru działające na
powierzchnie zewnętrzne konstrukcji, we , należy wyznaczać z wyrażenia:
we =� qp(�ze )��� cpe (1.2)
18
w którym:
qp(�ze )� - wartość szczytowa ciśnienia prędkości, według punktu 4.5 (1) normy,
ze - wysokość odniesienia dla ciśnienia zewnętrznego, według Rozdziału 7 normy,
cpe - współczynnik ciśnienia zewnętrznego, według Rozdziału 7 normy.
Ciśnienie wiatru działającego na powierzchnie wewnętrzne konstrukcji, wi , należy
wyznaczać z wyrażenia:
wi =� qp (�zi )��� cpi (1.3)
w którym:
qp(�zi )� - wartość szczytowa ciśnienia prędkości,
zi - wysokość odniesienia dla ciśnienia wewnętrznego, według Rozdziału 7 normy,
cpi - współczynnik ciśnienia wewnętrznego, według Rozdziału 7 normy.
Siła Fw wywierana przez wiatr na całą konstrukcję lub element konstrukcyjny może być
wyznaczona z wyrażenia:
F =� cs �� cd �� cf �� qp(�ze)��� Aref (1.4)
w
w którym:
cs cd - współczynnik konstrukcyjny uwzględniający niejednoczesne wystąpienie wartości
szczytowej obciążenia na powierzchni konstrukcji ( cs ) wraz z efektem drgań
konstrukcji ( cd ), według Rozdziału 6 normy,
cf - współczynnik oporu aerodynamicznego, według Rozdziału 7 lub 8 normy,
Aref - pole powierzchni odniesienia konstrukcji lub elementu, według Rozdziału 7 lub 8
normy.
�� Oddziaływania termiczne są przedmiotem normy PN-EN 1991-1-5 zawierającej
Załącznik krajowy NB. W Załączniku podano postanowienia krajowe dotyczące oddziaływań
termicznych na konstrukcję i mapki rozkładu temperatur Tmax i Tmin na terenie Polski. W
normie podano zasady i reguły obliczania oddziaływań termicznych. Oddziaływania
termiczne należy określać dla każdej sytuacji obliczeniowej zgodnie z PN-EN 1990. Nie jest
wymagane uwzględnianie oddziaływań termicznych w konstrukcjach zabezpieczonych przed
zmianami temperatury pochodzenia klimatycznego lub wynikającymi z eksploatacji.
�� Oddziaływania wywołane dz
wignicami i maszynami są przedmiotem normy PN-EN
1991-3. W normie podano obciążenia wywierane przez dz
wignicę na tory jezdne oraz przez
stacjonarne maszyny wirnikowe na ich konstrukcje wsporcze.
�� Oddziaływania na konstrukcję w warunkach pożaru podano w normie PN-EN 1991-1-
2.
�� Oddziaływania w czasie wykonywania konstrukcji oraz zasady i wymagania
dotyczące tych oddziaływań podano w normie PN-EN 1991-1-6. Przy określaniu oddziaływań
należy uwzględnić efekty dynamiczne i efekty bezwładności ciężaru własnego elementów
oraz wpływ usytuowania podparć w czasie podnoszenia, transportu lub składowania. W
przypadku podnoszenia i przenoszenia oraz innych krótkotrwałych faz wykonywania
konstrukcji, należy określić maksymalną dopuszczalną prędkość wiatru w czasie operacji.
�� Oddziaływania wyjątkowe (wpływy sejsmiczne, wybuchy itp.) są przedmiotem normy
PN-EN 1991-1-7.
19
1.4.3 Ogólne zasady projektowania konstrukcji
Zasady i wymagania dotyczące bezpieczeństwa, użytkowalności i trwałości konstrukcji,
podstawy ich obliczeń oraz wytyczne zapewnienia niezawodności są przedmiotem normy PN-
EN 1990.
Konstrukcję należy zaprojektować tak, aby jej nośność, użytkowalność i trwałość była
należyta w zamierzonym okresie użytkowania bez nadmiernych kosztów. Orientacyjny
projektowy okres użytkowania budynków wynosi 50 lat, a wymienialnych części konstrukcji
np. belek podsuwnicowych  od 10 do 25 lat.
Obliczenia konstrukcji należy przeprowadzać metoda stanów granicznych. Rozróżnia się
stany graniczne nośności i stany graniczne użytkowalności, które należy odnosić do sytuacji
obliczeniowych. Sytuacje obliczeniowe dzielą się na:
- sytuacje trwałe, odnoszące się do zwykłych warunków użytkowania,
- sytuacje przejściowe, odnoszące się do chwilowych warunków konstrukcji, np. w czasie
budowy lub naprawy,
- sytuacje wyjątkowe, odnoszące się do wyjątkowych warunków konstrukcji, np. pożar,
wybuch, uderzenie lub konsekwencje lokalnego zniszczenia.
Zaleca się, aby sprawdzanie stanów granicznych związanych z efektami zależnymi od czasu
(np. zmęczenie), nawiązywało do okresu użytkowania konstrukcji.
Stany graniczne nośności dotyczą:
- bezpieczeństwa ludzi i/lub
- bezpieczeństwa konstrukcji,
a stany graniczne użytkowalności
- funkcji konstrukcji lub jej elementu w warunkach zwykłego użytkowania,
- komfortu użytkowników,
- wyglądu obiektu (np. duże ugięcia).
Sprawdzenie stanów granicznych należy dokonać dla wszystkich istotnych sytuacji
obliczeniowych i przypadków obciążeń. Zalecaną metodą sprawdzenia, że żaden stan
graniczny nie zostanie przekroczony jest metoda współczynników częściowych. W metodzie
tej przyjmuje się obliczeniowe wartości efektów oddziaływań i nośności konstrukcji.
Oddziaływania dzieli się ze względu na ich zmienność w czasie:
- oddziaływania stałe (G ), np. ciężar własny konstrukcji,
- oddziaływania zmienne (Q ), np. obciążenie zmienne stropów, obciążenie śniegiem lub
oddziaływania wiatru,
- oddziaływania wyjątkowe ( A ), np. wybuch lub uderzenie przez pojazd.
�� Wartości obliczeniowe
Wartość obliczeniowa Fd oddziaływania F ma postać ogólną:
Fd =� g� �� Frep (1.4a)
f
gdzie:
Frep =�y� �� Fk (1.4b)
Fk - wartość charakterystyczna oddziaływania,
Frep - odpowiednia wartość reprezentatywna oddziaływania, przyjmowana do sprawdzania
stanu granicznego,
g� - współczynnik częściowy dla oddziaływania uwzględniający możliwość niekorzystnych
f
odchyleń wartości oddziaływania od wartości reprezentatywnych  według Załącznika
A1, tabl. A1.2 normy,
y� =� 1 lub y� , y�1 , y� (współczynnik dla wartości kombinacyjnej obciążenia zmiennego,
0 2
wartości częstej oddziaływania zmiennego i wartości prawie stałej obciążenia zmiennego) 
według Załącznika A1, tab. A1.1 normy.
20
Wartości obliczeniowe efektów oddziaływania (np. siła wewnętrzna, moment, naprężenie
odkształcenie) są wyrażone w ogólnej postaci:
Ed =� g� �� E ��{�g� �� Frep;ad}� i ł� 1 (1.5)
Sd f ,i
gdzie:
E - efekt oddziaływania,
g� - współczynnik częściowy uwzględniający niepewności dotyczące oddziaływania i/lub
Sd
efektu oddziaływania,
ad - wartość obliczeniowa wielkości geometrycznej, którą można wyrazić w postaci
wielkości nominalnych.
W większości przypadków można posłużyć się uproszczeniem:
Ed =� E ��{�g� �� Frep,i;ad}� i ł� 1 (1.6a)
F ,i
gdzie:
g� =� g� ��g� (1.6b)
F ,i Sd f ,i
Jeżeli rozróżnia się korzystne i niekorzystne efekty oddziaływań stałych, należy stosować
dwa różne współczynniki częściowe ( patrz tabl. A1.2 normy).
Wartości obliczeniowe właściwości materiału lub wyrobu są wyrażone w ogólnej postaci
jako:
Xk
Xd =�h� (1.7)
g�
m
gdzie:
Xk - wartość charakterystyczna właściwości materiału lub wyrobu,
h� - wartość średnia współczynnika konwersji,
g� - współczynnik częściowy dla właściwości materiału lub wyrobu, uwzględniający
m
niekorzystne odchyłki właściwości materiału lub wyrobu od wartości
charakterystycznej.
W projektowaniu konstrukcji stalowej przyjmuje się, zgodnie ze wskazaniami PN-EN
1993-1-1 wartości charakterystyczne Xk lub wartości nominalne Xn właściwości materiału.
Nośność obliczeniową Rd konstrukcji stalowej określa wzór:
Rk 1
Rd =� =� �� Rk(�h�1 �� Xk1;h�i �� Xki;ad )� (1.8)
g� g�
M M
gdzie:
Rk - wartość charakterystyczna specyficznej nośności wyznaczonej na podstawie
charakterystycznych lub nominalnych właściwości materiałów lub wyrobów,
g� - uogólniony współczynnik częściowy związany z nośnością.
M
Stosuje się następujące współczynniki częściowe g� :
M
- dla nośności przekroju poprzecznego g� ,
M 0
- dla nośności elementów przy ocenie ich stateczności g� ,
M 1
- dla nośności na rozerwanie przekroju z otworami g� .
M 2
W przypadku budynków g� =� g� =� 1,00 , g� =� 1,25.
M 0 M 1 M 2
�� Stany graniczne nośności
21
W ogólnym przypadku należy sprawdzić następujące stany graniczne nośności
konstrukcji:
a) utrata równowagi statycznej,
b) zniszczenie wewnętrzne lub nadmierne odkształcenie gdy decydujące znaczenie ma
wytrzymałość materiału,
c) zniszczenie lub mechaniczne odkształcenie podłoża,
d) zniszczenie zmęczeniowe.
Należy wykazać, że wartość obliczeniowa efektu oddziaływań nie przekracza wartości
obliczeniowej efektu oddziaływań stabilizujących lub odpowiedniej nośności. Wartości
obliczeniowe efektów oddziaływań ( Ed ) należy wyznaczyć stosując kombinację
oddziaływań, które mogą wystąpić jednocześnie. Zaleca się aby w każdej kombinacji
oddziaływań były określone:
- wiodące oddziaływania zmienne lub
- oddziaływanie wyjątkowe.
W konstrukcjach stalowych formuły nośności obliczeniowej stosuje się stosownie do klasy
przekroju według PN-EN 1993-1-1. Klasyfikacja przekroju ma na celu określenie stopnia
odporności elementu na zjawiska miejscowej utraty stateczności w stanach sprężystych i
plastycznych. Metody analizy i bezpieczeństwa konstrukcji powinny być również zgodne z
dalszymi częściami tej normy (patrz rys. 1.9).
�� Stany graniczne użytkowalności
Należy sprawdzić czy:
Ed Ł� Cd (1.9)
gdzie:
Cd - graniczna wartość obliczeniowa odpowiedniego kryterium użytkowalności,
Ed - wartość obliczeniowa efektów oddziaływań w jednostkach kryterium użytkowalności,
wyznaczona dla odpowiedniej kombinacji oddziaływań.
Współczynniki częściowe dla oddziaływań zleca się przyjmować równe 1,0.
Graniczne ugięcia pionowe i graniczne przemieszczenia poziome powinny być podane w
specyfikacji projektowej i uzgodnione z inwestorem. Zaleca się, aby ugięcia pionowe i
przemieszczenia poziome nie przekraczały wartości granicznych podanych w Załączniku
krajowym NA do normy PN-EN 1993-1-1.
1.4.4 Analiza konstrukcji
Do wyznaczania sił wewnętrznych stosuje się:
- analizę pierwszego rzędu, przy założeniu pierwotnej geometrii układu, lub
- analizę drugiego rzędu , z uwzględnieniem wpływu deformacji na statykę układu.
Wpływ deformacji należy uwzględnić, jeżeli powoduje znaczny przyrost efektów
oddziaływań lub wpływa istotnie na zachowanie się konstrukcji.
Wpływ zachowania się węzłów na rozkład sił wewnętrznych w konstrukcji, jak też na jej
deformację, zazwyczaj może być pomijany. Wyjątek stanowią węzły podatne  patrz p. 2.6.1
i PN-EN 1993-1-8.
Analizę pierwszego rzędu można stosować jeśli spełnione jest odpowiednie kryterium:
Fcr
a�cr =� ł� 10 w przypadku analizy sprężystej
FEd
Fcr
a�cr =� ł� 15 w przypadku analizy plastycznej, (1.10)
FEd
22
gdzie: a�cr - mnożnik obciążenia krytycznego w stosunku do obciążeń obliczeniowych,
odpowiadający niestateczności sprężystej układu,
FEd - obciążenie obliczeniowe działające na konstrukcję,
Fcr - obciążenie krytyczne.
Wyższa wartość a�cr w przypadku analizy plastycznej jest uzasadniona tym, że
zachowanie się konstrukcji może być silnie uwarunkowane nieliniowymi właściwościami
materiału (np. gdy w ramie tworzą się przeguby plastyczne i dochodzi do redystrybucji
momentów, lub w ramie występują węzły podatne powodujące znaczny nieliniowy wzrost
odkształceń).
Narażone na przechył ramy portalowe o spadku d" 1 : 2 (26o) oraz układy słupowo-
belkowe budynków można sprawdzać na podstawie analizy pierwszego rzędu, jeśli kryterium
(1.10) jest spełnione dla każdej kondygnacji.
Jeśli kryterium (1.10) nie jest spełnione, to przy sprowdzeniu stateczności ram należy
uwzględnić imperfekcję wg p. 5.3 PN-EN 1993-1-1 oraz efekty drugiego rzędu.
Siły wewnętrzne w ustrojach ramowych można wyznaczyć za pomocą globalnej analizy
sprężystej lub globalnie analizy plastycznej. Analiza globalna polega na wyznaczeniu
spójnego zbioru sił wewnętrznych w konstrukcji, które są w równowadze z określonym
zbiorem oddziaływań zewnętrznych.
W globalnej analizie sprężystej powinno być spełnione założenie, że charakterystyka
materiału (naprężenie  odkształcenie) jest liniowa w całym zakresie obciążenia.
W globalnej analizie plastycznej, konstrukcja w miejscach potencjalnych przegubów
plastycznych powinna mieć wystarczające zdolność do obrotu wymaganą ze względu na
redystrybucję momentów zginających (patrz PN-EN 1993-1-1/5.5 i 5.6).
23