Dr inż. Krzysztof Schabowicz
BUDOWNICTWO OGÓLNE
WYKA
AD 4
Obciążenia w budownictwie, klasyfikacja, zasady
ustalania, kombinacje obciążeń. Poziome i pionowe
przegrody budowlane. Stateczność i sztywność
przestrzenna budynku. Dylatacje.
WROCA
AW 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.
Definicja
Wszelkie działanie fizyczne, które zmienia stan systemu
konstrukcyjnego i powoduje naprężenia, odkształcenia,
przemieszczenia lub zarysowanie, nazywa się obciążeniem.
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. ZaliczajÄ… siÄ™
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 wynikajÄ…ce.
Obciążenia zmienne
Obciążenia zmienne to takie, których wartość, kierunek i
położenie mogą zmieniać się w czasie użytkowania obiektu
budowlanego lub w innym rozpatrywanym okresie. MogÄ… one
być w całości długotrwałe, w części długotrwałe bądz
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 Fk rozumie się wartość
obciążenia o przyjętym prawdopodobieństwie jej nieprzekroczenia
podczas całego okresu eksploatacji obiektu.
Ustala siÄ™ jÄ…, 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 Fd oblicza się jako iloczyn wartości
charakterystycznej Fk i współczynnika obciążenia gðf, co ujmuje
zależność
Fd = Fk ×ð gðf.
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 wyjÄ…tkowej.
Kombinacja podstawowa SGN
Kombinacja podstawowa obowiÄ…zuje 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
jednoczesnoÅ›ci Yðo. Kombinacja ta obliczana jest z zależnoÅ›ci:
m n
åðgð Gki +ð åðyð gð Qki,
fi oi fi
1 1
w której
Gki, Qki - wartości charakterystyczne obciążeń stałych i zmiennych,
gðfi - współczynnik obciążeÅ„ odpowiednio staÅ‚ych lub zmiennych,
yðoi - współczynnik jednoczesnoÅ›ci obciążeÅ„ zmiennych,
m  liczba występujących obciążeń stałych,
n  liczba występujących obciążeń zmiennych.
Wartości współczynnika jednoczesności obciążeń
zmiennych wg PN-82/B-02000
Znaczenie obciążenia zmiennego i yðoi
Podstawowe (o najwyższej wartości) 1 1,0
Drugie 2 0,9
Trzecie 3 0,8
Wszystkie pozostałe 4 0,7
Kombinacja wyjÄ…tkowa SGN
Kombinacja wyjÄ…tkowa obowiÄ…zuje 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
m n
gð Gki +ð 0,8 gð Qki +ð Fa,
åð åð
fi fi
1 1
w której:
Fa - wartość uwzględnianego obciążenia wyjątkowego,
Gki, Qki - wartości charakterystyczne obciążeń stałych i zmiennych,
gðfi - współczynnik obciążeÅ„ odpowiednio staÅ‚ych lub zmiennych,
yðoi - współczynnik jednoczesnoÅ›ci obciążeÅ„ zmiennych,
m  liczba występujących obciążeń stałych,
n  liczba występujących obciążeń zmiennych.
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 gðf = 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
Gki +ð Qk.
åð
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
m n
Gki +ð yðdi Qki ,
åð åð
1 1
w którym:
yðdi - wartość współczynnika przyjmowanego do wyznaczenia
długotrwałej części obciążeń zmiennych, wg PN-82/B-02003.
WartoÅ›ci współczynnika yðd przyjmowanego do okreÅ›lenia
długotrwałej części wybranych obciążeń równomiernie
rozłożonych wg PN-82/B-02003
Przeznaczenie obiektu i sposób użytkowania Pomieszczenia Korytarze Klatki schodowe,
pomieszczenia galerie
Poddasza z dostępem z klatki schodowej 0,50 - 0,35
Pomieszczenia mieszkalne w domach
indywidualnych, czynszowych, w hotelach, 0,35 0,50 0,35
schroniskach, szpitalach, więzieniach, koszarach,
pomieszczenia sanitarne, sale i pomieszczenia
obciążone tłumem ludzi w sposób statyczny
(wyposażone w miejsca do siedzenia), w muzeach,
świątyniach
Muzea, świątynie, sale wystawowe, hale targowe, 0,80 0,80 0,35
domy towarowe i sklepy
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 Ssanie wiatru
UTRATA STATECZNOÅšCI
wiatru
1) obrót wokół pkt. A
M wywracajÄ…cy =( H1+H2)*h
Wiatr
M utrzymujÄ…cy =G*a
M wyw *cd" M utrzym
c- wsp. bezpieczeństwa (1,5)
2) mała wytrzymałość gruntu =>
powstanie pow. poślizgu =>
duże osiadanie
®
gr e" Rg rzutu na ścinanie
Naprężenia Å›cinajÄ…ce ®
gr
Powierzchnia poślizgu gruntu
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
Usztywnienie budynku za
pomocÄ… ram
pomocą stężeń kratowych
Schemat pracy statycznej ścian pod obciążeniem
pionowym
Sztywność tarczy stropowej =>wieńce (rozciągany, ściskany)
Reakcje stropu na
ścianę usztywniającą
Wieniec ściskany
wzdłuż
Wieniec rozciÄ…gany
Schemat pracy statycznej ścian zewnętrznych
pod obciążeniem wiatrem
c) ściana jako
a) ściana jako płyta
płyta między stropami
między ścianami
poprzecznymi
b) ściana jednym d) ściana jako płyta
końcem utwierdzona podparta na obwodzie
Konstruowanie wieńców
Wieniec pełny (prostokątny)
Wieniec niepełny (trójkątny)
Połączenia stropów ze ścianami bez wieńców
(kotwienie belek)
pret x20 L=50
poduszka betonowa zaprawa
25x12x12 cementowa
4 warstwy cegieł
pret x20 L=50
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)
Wieniec
żelbetowy
Ä„%5x70x220
pret x20
Åšruba M-16
Strzemiona x6
4 warstwy cegieł
Podkładka stalowa
na zaprawie cementowej
Åšruba M-16
Strzemiona x6
pret x20
Ä„%5x70x220
Podkładka stalowa
Połączenia stropów ze ścianami bez wieńców
(kotwienie belek)
Kotew Talerzowa
Kotew wewnÄ…trz muru
Kotew X
20
260
40
200
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, posadzkÄ… a fundamentem maszyny wytwarzajÄ…cej drgania
(np. młot), w rejonach trzęsień ziemi lub szkód górniczych.
Dylatacje konstrukcyjne  przez całą wysokość
budynku, dzielą budynek na poszczególne części
Dylatacja
Przykład rozmieszczenia dylatacji
w zależności od różnic wysokości
poszczególnych części budynku
Dylatacje konstrukcyjne  przez całą wysokość
budynku, dzielą budynek na poszczególne części
Szkielety
Żelbetowy Stalowy
Budynki o różnej konstrukcji,
rozdzielone dylatacjÄ…
Komin od budynku zdylatowany
w każdym przypadku
Dylatacje konstrukcyjne  przez całą wysokość
budynku, dzielą budynek na poszczególne części
Dylatacja
Strop żelbetowy
Dylatacja Åšcianka ½ cegÅ‚y
IstniejÄ…cy Nowy
PodciÄ…gi usztywniajÄ…ce
Dylatacja przy dobudowie
Nowy
IstniejÄ…cy
Dylatacja przy dobudowie
Dylatacje termiczne  zabezpieczajÄ… 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  zabezpieczajÄ… od
powstania rys i pęknięć wywołanych zmianami
temperatury
dylatacja
Dach żelbetowy nieocieplany,
połacie różnie nasłonecznione.
Przy rozpiętości L >15m
konieczna jest dylatacja w kalenicy.
L >15 m
Dylatacja Dylatacja
PÅ‚yta dachowa nieocieplonÄ…, zdylatowana
od murów zewnętrznych dylatacją poziomą.
Izolacja bitumiczna
Izolacja bitumiczna
Dylatację wykonuje się przez ułożenie
(2 warstwy)
(2 warstwy)
2 warstw papy asfaltowej izolacyjnej.
Dylatacje termiczne  zabezpieczajÄ… od
powstania rys i pęknięć wywołanych zmianami
temperatury
papa papa
Izolacja
przeguby
Dylatacja
Dylatacja
Strop
przeguby
2x papa
Dach żelbetowy nieocieplany.
Wpływ zmian temperatury uwzględniono
w obliczeniach statycznych. Konstrukcja
Przykład wykonania dylatacji poziomej
ramowa dachu jest oddzielona od konstrukcji
murów zewnętrznych.
Dylatacje na osiadanie  zależą od układu
geologicznego gruntu pod budynkiem
Dylatacja
Dylatacja
Różne rodzaje gruntów.
Różny sposób fundamentowania.
Przy różnych gruntach dylatacje należy
Przy różnych sposobach
dać przez cała wysokość budynku.
fundamentowania dylatacje należy
dać przez całą wysokość budynku.
Dylatacje na osiadanie  zależą od układu
geologicznego gruntu pod budynkiem
Znaczne różnice dopuszczalnego
naprężenia na grunt.
Przy znacznych różnicach 1gr.
należy przewidzieć dylatacje
przez całą wysokość budynku.
gr gr
Dylatacja
Przykład zastosowania
zbyt wÄ…skiej dylatacji.
Budynki oparły się o siebie.
Dylatacje skurczowe
Dylatacje skurczowe- w betonie przyjmuje się, ze wielkość skurczu jest taka sama
jak odkształcenie od zmiany temperatury o 15 C . Zbrojenie przeciwskurczowe.
Odstęp przerw Wkładki kotwiące Wkładki
dylatacyjnych mm kotwiÄ…ce
10 2 x 10
18 2 x 12
35 2 x 14
Pręty
przeciwskurczowe
Rozmieszczenie prętów przeciwskurczowych
w ścianach z betonu jednofrakcjowego.
Dylatacje przeciwdrganiowe  najczęściej przy
urzÄ…dzeniach wytwarzajÄ…cych drgania
Dylatacja
Dylatacja 20m
Dylatacja
ulica
Przykłady usytuowania
Dylatacja między
szybu dz
wigu miedzy
szybem i budowlÄ….
biegami klatki schodowej
DZI
KUJE ZA UWAG