POLSKI KOMITET Normalizacji, Miar i Jakości	POLSKA NORMA	PN-82/B-03300
		Konstrukcje zespolone stalowo-betonowe	Zamiast PN-77/B-03263
				Grupa katalogowa 0702
		Obliczenia statyczne i projektowanie
		Belki zespolone krępe
Steel- concrete composite structures Design rules	Constructions composées acier-beton Calculs statiques et études

UKD 624.016.7:624.012.3:69.001.2

Zgłoszona przez Ministerstwo Budownictwa i Przemysłu Materiałów Budowlanych

Ustanowiona przez Polski Komitet Normalizacji, Miar i Jakości dnia 17 czerwca 1982 r. jako norma obowiązująca od dnia 1 stycznia 1984 r. (Dz. Norm. i Miar nr 2/1983, poz. 2)

SPIS TREŚCI

1. WSTĘP

1.1. Przedmiot normy.

1.2. Zakres stosowania normy.

1.3. Określenia

1.4. Oznaczenia

2. MATERIAŁY

2.1. Beton

2.2. Stal zbrojeniowa

2.3. Stal konstrukcyjna

2.4. Łączniki

3. ZASADY PROJEKTOWANIA

3.1. Wymagania ogólne

3.2. Metoda i zakres obliczeń.

3.3. Obliczanie sił wewnętrznych.

3.4. Sprawdzenie stanów granicznych nośności.

3.5. Sprawdzenie stanów granicznych użytkowania.

4. NOŚNOŚĆ PRZEKROJU POPRZECZNEGO

4.1. Określenie przekroju

4.2. Zginanie

4.3. Ścinanie.

4.4. Zginanie ze ścinaniem.

5. PROJEKTOWANIE POŁĄCZEŃ ŚCINANYCH

5.1. Zasady ogólne.

5.2. Nośność łączników

5.3. Połączenie płyty z belką.

5.4. Zbrojenie poprzeczne.

6. STANY GRANICZNE UŻYTKOWANIA

6.1. Ugięcia belek

6.2. Szerokość rozwarcia rys.

7. ZASADY KONSTRUKCYJNO-WYKONAWCZE

7.1. Konstrukcja belek.

7.2. Łączniki i zbrojenie poprzeczne

INFORMACJE DODATKOWE

1. WSTĘP

1.1. Przedmiot normy.

Przedmiotem normy jest obliczanie i projektowanie belek zespolonych krępych stalowo-betonowych poddanych działaniu obciążeń statycznych.

1.2. Zakres stosowania normy.

Normę należy stosować przy opracowywaniu dokumentacji technicznej obiektów budowlanych, których obliczanie i projektowanie nie jest przedmiotem osobnych norm.

1.3. Określenia

1.3.1. konstrukcje zespolone stalowo-betonowe

- konstrukcje powstałe w wyniku zespolenia stalowego elementu podstawowego z betonową płytą współpracującą za pomocą łączników stalowych w celu łącznego przenoszenia obciążeń.

1.3.2. element podstawowy

- element ze stali konstrukcyjnej, walcowany lub spawany, zdolny do samodzielnego przenoszenia obciążeń w stadium montażu.

1.3.3. płyta współpracująca

- element składowy konstrukcji zespolonej wykonany z betonu zbrojonego o określonym przekroju poprzecznym, połączony z elementem podstawowym za pomocą łączników.

1.3.4. łączniki

- elementy łączące płytę współpracującą z elementem podstawowym, wykonane w postaci sworzni, bloczków oporowych lub kotew.

1.3.5. stadium montażu

- stadium realizacji konstrukcji zespolonej obejmujące okres montażu elementów konstrukcyjnych, betonowania i dojrzewania betonu monolitycznego (w stadium montażu obciążenia przenoszone są przez element podstawowy).

1.3.6. stadium eksploatacji

- stadium pracy konstrukcji zespolonej zgodnie z jej przeznaczeniem.

1.3.7. stopień współpracy

- stopień wzajemnego oddziaływania betonu i stali konstrukcyjnej w przekroju zespolonym (w przypadku pełnej współpracy nie występują żadne poślizgi między elementem podstawowym i płytą współpracującą; w przypadku częściowej współpracy występują określone wartości poślizgów oraz nieciągłości odkształceń w płaszczyźnie zespolenia, które należy uwzględnić w obliczeniach).

1.3.8. stopień zespolenia

- stopień zabezpieczenia belki przed rozwarstwieniem w płaszczyźnie zespolenia w stanie granicznym nośności.

1.4. Oznaczenia

B - sztywność przekroju zespolonego

E_a - współczynnik sprężystości stali zbrojeniowej

E_b - współczynnik sprężystości betonu

E_s - współczynnik sprężystości stali konstrukcyjnej

F_a - pole przekroju zbrojenia podłużnego

F_ap - pole przekroju zbrojenia poprzecznego przeciętego rozpatrywaną powierzchnią ścinania betonu w otoczeniu łączników na jednostkę długości belki

F_b - pole przekroju poprzecznego płyty współpracującej

F_bc - pole przekroju strefy ściskanej betonu

F_bp - pole rozpatrywanej powierzchni ścinania betonu w otoczeniu łączników na jednostkę długości belki

F_c - pole przekroju poprzecznego łącznika

F_d - powierzchnia docisku

F_r - powierzchnia rozdziału

F_s - pole przekroju poprzecznego belki stalowej

F_st - część pola F_s przenosząca ścinanie

I_bx - moment bezwładności przekroju strefy ściskanej betonu względem osi obojętnej x

I_s - moment bezwładności względem osi własnej przekroju F_s

I_sa - moment bezwładności względem osi własnej łącznego przekroju stali F_s + F_a

M - moment zginający od obciążeń całkowitych, obliczeniowych,

M_k - moment zginający od obciążeń całkowitych, charakterystycznych

M_kd - moment zginający od obciążeń całkowitych, charakterystycznych długotrwałych

M_m - moment zginający od obciążeń obliczeniowych w stadium montażu

M_mk - moment zginający od obciążeń charakterystycznych w stadium montażu

M_mkd - moment zginający od obciążeń charakterystycznych długotrwałych w stadium montażu

M_o - obliczeniowa nośność na zginanie przekroju zespolonego

M_so - obliczeniowa nośność na zginanie przekroju F_s przy pełnym uplastycznieniu

N_bc - wypadkowa naprężeń ściskających w betonie w stanie granicznym nośności przekroju zespolonego

N_a - wypadkowa naprężeń rozciągających w zbrojeniu podporowym belek ciągłych w stanie granicznym nośności przekroju zespolonego

P - siła zewnętrzna, prostopadła do rozpatrywanej płaszczyzny ścinania betonu na jednostkę długości belki, siłę rozciągającą uważa się za dodatnią

Q - siła poprzeczna od całkowitych obciążeń obliczeniowych

Q_o - obliczeniowa nośność przekroju na ścinanie

R_a - wytrzymałość obliczeniowa stali zbrojeniowej

R_ak - wytrzymałość charakterystyczna stali zbrojeniowej

R_b - wytrzymałość obliczeniowa betonu na ściskanie

R_bk - wytrzymałość charakterystyczna betonu na ściskanie

R_bz - wytrzymałość obliczeniowa betonu na rozciąganie

R_bzk - wytrzymałość charakterystyczna betonu na rozciąganie

R_m - wytrzymałość stali na rozciąganie

R_s - wytrzymałość obliczeniowa stali konstrukcyjnej na rozciąganie, ściskanie i przy zginaniu

R_sk - wytrzymałość charakterystyczna stali konstrukcyjnej równa gwarantowanej przez producenta rzeczywistej lub umownej granicy plastyczności

R_st - wytrzymałość obliczeniowa stali konstrukcyjnej na ścinanie

S_bx - moment statyczny przekroju strefy ściskanej betonu względem osi obojętnej x

T - graniczna siła ścinająca w płaszczyźnie połączenia płyty z belką na rozpatrywanym odcinku ścinania równa przyrostowi siły normalnej w płycie na tym odcinku w stanie granicznym nośności

T₁ - siła ścinająca na jednostkę długości rozpatrywanej powierzchni ścinania równa sumie nośności łączników rozmieszczonych na tym odcinku

T_o - obliczeniowa nośność na ścinanie połączenia płyty z belką na rozpatrywanym odcinku ścinania

T_c - siła ścinająca działająca na jeden łącznik

T_co - nośność obliczeniowa łącznika na ścinanie

T_ck - nośność charakterystyczna łącznika na ścinanie

W_spl - wskaźnik oporu plastycznego przekroju F_s

Z_c - siła rozciągająca działająca na jeden łącznik

Z_co - nośność obliczeniowa łącznika na rozciąganie

Z_ck - nośność charakterystyczna łącznika na rozciąganie

a - odległość środka ciężkości przekroju zbrojenia F_a od krawędzi rozciąganej

a₁ - odległość środka ciężkości skrajnej warstwy zbrojenia F_a od krawędzi rozciąganej

a_dop - dopuszczalna szerokość rozwarcia rysy

a_f - maksymalna szerokość rozwarcia rysy

b_p - jednostronny wysięg płyty współpracującej

b_s - jednostronny wysięg skosu płyty, wymiar nominalny

b_so - jednostronny wysięg skosu płyty, wymiar przyjmowany do obliczenia b_p

b_t - całkowita szerokość płyty współpracującej

c₁ - współczynnik redukcyjny zależny od rozstawu łączników wzdłuż belki

c₂ - współczynnik redukcyjny zależny od rozstawu łączników w poprzek belki

d - średnica prętów zbrojenia

d_c - średnica sworznia

d_cg - średnica główki sworznia

f - całkowite ugięcie belki

f_m - ugięcie belki w stadium montażu

_fs - przyrost ugięcia belki od skurczu betonu

_tz - przyrost ugięcia belki od obciążeń przyłożonych po zespoleniu

g - grubość średnika lub ścianki w belce stalowej

g₁ - grubość półki w belce stalowej

h - wysokość przekroju belki stalowej

h₁ - odległość ściskanej krawędzi betonu od środka ciężkości ściskanej lub mniej rozciąganej połowy zastępczego przekroju belki stalowej

h_o - odległość ściskanej krawędzi betonu od środka ciężkości przekroju belki stalowej

h_c - długość sworznia

h_cg - wysokość główki sworznia

h_z - całkowita wysokość przekroju belki zespolonej

i_s - promień bezwładności przekroju F_s

l - rozpiętość belki lub wysięg spornika

l_f - odległość między rysami

m_c - współczynnik korekcyjny przy obliczaniu nośności połączenia płyty z belką stalową

n' - stosunek E_s do E_b przy uwzględnieniu wpływu długotrwałości obciążenia

s₁ - rozstaw łączników wzdłuż belki

s₂ - rozstaw łączników w poprzek belki

t - grubość płyty współpracującej

_a - obwód pręta zbrojeniowego

x - wysokość strefy ściskanej betonu

x_s - odległość ściskanej krawędzi betonu od osi obojętnej przekroju zespolonego określonej ze względu na rozkład odkształceń w stali

y₁ - odległość skrajnej warstwy zbrojenia F_a od środka ciężkości łączonego przekroju stali F_a + F_s

z_a - odległość wypadkowej N_a od środka ciężkości rozciąganej lub mniej ściskanej połowy zastępczego przekroju poprzecznego F_s

z_b - odległość wypadkowej N_bc od środka ciężkości ściskanej lub mniej rozciąganej połowy zastępczego przekroju poprzecznego F_s

z_bo - odległość wypadkowej naprężeń ściskających w betonie od środka ciężkości przekroju F_s

z_o - odległość środka ciężkości przekroju F_b od środka ciężkości przekroju F_s

z_s - odległość między środkami ciężkości uplastycznionych połówek przekroju F_s

_c - współczynnik wyrażający wpływ stosunku h_c do d_c na nośność łącznika sworzniowego

δ - przemieszczenie poziome (poślizg) płyty względem belki stalowej

δ_o - obliczeniowa wartość poślizgu

δ_gr - graniczna wartość poślizgu

γ_a - współczynnik materiałowy (częściowy współczynnik bezpieczeństwa) dla stali zbrojeniowej

γ_b - współczynnik materiałowy (częściowy współczynnik bezpieczeństwa) dla betonu

γ_c - współczynnik materiałowy (częściowy współczynnik bezpieczeństwa) dla łączników

γ_s - współczynnik materiałowy (częściowy współczynnik bezpieczeństwa) dla stali konstrukcyjnej

_a - odkształcenie skrajnej warstwy zbrojenia w przekroju zarysowanym

_bgr - odkształcenie graniczne betonu na krawędzi ściskanej

δ - różnica odkształceń betonu i stali w płaszczyźnie zespolenia

_s - odkształcenie skurczowe betonu

_f - współczynnik wyrażający wpływ profilu prętów zbrojenia rozciąganego na szerokość rozwarcia rys

_d - współczynnik wyrażający stopień długotrwałości obciążeń przyłożonych po zespoleniu

_sa - współczynniki wyrażające stopień wykorzystania stali konstrukcyjnej w przekroju zespolonym z płytą rozciąganą

x_sb - współczynnik wyrażający stopień wykorzystania stali konstrukcyjnej w przekroju zespolonym z płytą ściskaną

x_e - współczynnik stosowany przy sprawdzaniu nośności połączeń na ścinanie

_z - współczynnik wyrażający wpływ poślizgów na sztywność przekroju zespolonego

_p - współczynnik pełzania betonu

_a - współczynnik wyrażający stosunek średnich odkształceń zbrojenia na odcinku między rysami do odkształceń zbrojenia w przekroju zarysowanym

 - współczynnik wypełnienia bryły normalnych naprężeń ściskających w betonie w stanie granicznym nośności

2. MATERIAŁY

2.1. Beton

2.1.1. Klasy betonu.

Do wykonania konstrukcji należy stosować beton klas B20, B25, B30, B35, B40 zgodnie z PN-88/B-06250.

2.1.2. Wytrzymałość betonu.

Wytrzymałość charakterystyczną betonu należy określić zgodnie z PN-84/B-03264 wg wzorów:

- na ściskanie

(1)

- na rozciąganie

(2)

Wytrzymałość obliczeniową betonu należy określić dzieląc wytrzymałość charakterystyczną przez współczynniki materiałowe (częściowe współczynniki bezpieczeństwa)

γ_b = 1,3 - przy ściskaniu,

γ_b = 1,5 - przy rozciąganiu.

Wytrzymałości charakterystyczne i obliczeniowe odpowiadające poszczególnym klasom betonu - wg tabl. 1.

Tablica 1. Wytrzymałości oraz współczynniki sprężystości betonu przyjmowane do obliczeń

Wytrzymałości oraz współczynniki sprężystości betonu przyjmowane do obliczeń, MPa			Klasa betonu
						B20	B25	B30	B35	B40
Wytrzymałość gwarantowana		R^Gb	20	25	30	35	40
Wytrzymałość charakterystyczna	na ściskanie	Rbk	15,0	18,6	22,2	25,7	29,2
		na rozciąganie	Rbzk	1,35	1,55	1,73	1,89	2,04
	Wytrzymałość obliczeniowa	na ściskanie	Rb	11,5	14,3	17,1	19,8	22,5
		na rozciąganie	Rbs	0,90	1,03	1,15	1,26	1,36
Współczynnik sprężystości		Eb x 10^-3	27,0	30,0	32,4	34,4	36,0

2.1.3. Odkształcalność betonu

2.1.3.1. Współczynnik sprężystości betonu E_b

miarodajny do obliczeń określa się wg wzoru

(3)

Wartości E_b x 10^-3 odpowiadające poszczególnym klasom betonu podano (z zaokrągleniem) w tabl. 1.

Współczynnik E_b można przyjmować również na podstawie danych doświadczalnych, w takich przypadkach metodyka badań powinna być dostosowana do przewidywanych warunków obciążenia konstrukcji.

2.1.3.2. Współczynnik pełzania betonu _p

wyrażający stosunek jednostkowych odkształceń pełzania _p w czasie t
 do jednostkowych odkształceń sprężystych _e należy przyjmować, w zależności od wilgotności względnej środowiska pracy konstrukcji, wg tabl. 2.

Tablica 2. Wartości współczynników pełzania betonu _p

Wiek betonu w chwili obciążenia, w dobach	Wilgotność względna środowiska, %
		40	40-75	75	woda
7	3,5	2,8	2,1	1,7
14	3,0	2,4	1,8	1,4
28	2,5	2,0	1,5	1,2
90	1,9	1,5	1,1	1,0

2.1.3.3. Odkształcenia skurczowe betonu _s

należy przyjmować, w zależności od rodzaju konstrukcji i wilgotności względnej środowiska, wg tabl. 3.

Tablica 3. Wartości odkształceń skurczowych _s

Rodzaj płyty współpracującej	Wilgotność względna środowiska, %
		40	40-75	75	woda
Monolityczna	0,00024	0,00020	0,00015	0
Prefabrykowana	0,00017	0,00014	0,00010	0

2.2. Stal zbrojeniowa

2.2.1. Stosowane klasy i rodzaje stali.

Do zbrojenia betonu w konstrukcjach zespolonych stalowo-betonowych należy stosować pręty ze stali klas A-0, A-I, A-II, A-III, A-IIIN o własnościach mechanicznych określonych w PN-82/H-93215. Klasy i rodzaje stali - wg tabl. 4.

2.2.2. Wytrzymałości stali zbrojeniowej.

Wytrzymałości charakterystyczne stali zbrojeniowej klas od A-0 do A-IIIN odpowiadają rzeczywistej lub umownej granicy plastyczności stali gwarantowanej przez producenta.

Wytrzymałości obliczeniowe stali zbrojeniowej na rozciąganie oraz na ściskanie należy określić, dzieląc wytrzymałości charakterystyczne przez częściowe współczynniki bezpieczeństwa dla stali, γ_a:

γ_a = 1,15 - dla stali zbrojeniowej o wytrzymałości charakterystycznej R_ak  420 MPa

γ_a = 1,20 - dla stali zbrojeniowej o wytrzymałości charakterystycznej 420 MPa < R_ak  600 MPa

Wytrzymałości charakterystyczne R_ak oraz wytrzymałości obliczeniowe R_a stali zbrojeniowej klas od A-0 do A-IIIN podano w tabl. 4.

Wytrzymałości drutów o średnicy 3 mm  d  5 mm można przyjmować, jak dla stali, klasy A-0.

Tablica 4. Wytrzymałości charakterystyczne i obliczeniowe stali zbrojeniowej klas od A-0 do A-IIIN, w MPa

Klasa stali i jej rodzaj	Znak stali	Nominalna średnica prętów d, mm	Wytrzymałość
						Rak	Ra
1	2	3	4	5
A-0 okrągła gładka	StOS	5,5 d 40	220	190
A-I okrągła gładka	St3SX St3SY	5,5 d 40	240	210
A-II okrągła żebrowana	18G2	6 d 32	355	310
		20G2Y	6 d 28	355	310
A-III okrągła żebrowana	34GS	6 d 32	410	350
A-IIIN okrągła żebrowana	20G2VY	6 d 28	490	400

2.2.3. Odkształcalność stali zbrojeniowej.

Współczynnik sprężystości stali klas od A-I do A-IIIN należy przyjmować E_a = 210 GPa.

2.3. Stal konstrukcyjna

2.3.1. Stosowane rodzaje stali konstrukcyjnej.

Do wykonania elementów podstawowych w konstrukcjach zespolonych stalowo-betonowych należy stosować stal konstrukcyjną o gwarantowanej spawalności i własnościach mechanicznych wg tabl. 5.

2.3.2. Wytrzymałość stali konstrukcyjnej

(wg PN-90/B-03200). Wytrzymałości obliczeniowe stali na rozciąganie, ściskanie i przy zginaniu (R_s), ścinanie (R_st) dla stali najczęściej stosowanych podano w tabl. 5. Wytrzymałość obliczeniową R_s dla stali nie ujętych w tabl. 5 można określać dzieląc wytrzymałość charakterystyczną stali R_sk = R_e min przez częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla stali γ_s:

γ_s = 1,15 - dla stali konstrukcyjnej o wytrzymałości charakterystycznej R_sk  360 MPa

γ_s = 1,20 - dla stali konstrukcyjnej o wytrzymałości charakterystycznej 360 MPa < R_sk  470 MPa

γ_s = 1,25 - dla stali konstrukcyjnej o wytrzymałości charakterystycznej 470 MPa < R_sk  600 MPa

Wytrzymałość obliczeniową R_st dla tych stali oblicza się wg zależności

R_st = 0,6R_s

(4)

Wytrzymałości obliczeniowe spoin należy określać wg PN-90/B-03200.

Tablica 5. Rodzaje stali konstrukcyjnej i odpowiadające im wytrzymałości obliczeniowe

Znak stali	Grubość^1)	Własności mechaniczne			Wytrzymałość obliczeniowa
				Re min	Rm	A5 min	Rs		Rst
				MPa		%	MPa
1	2	3	4	5	6	7
St3SX	16	235	375-460	26	215	125
St3SY	16-40	225			25	205	120
St3S	40-100	215			23	195	115
St4VX, St4VY	16	255		410-510	24	235	140
St4V, St4W	16-40	245			23	225	135
18G2^4)	16	355		490-530	22	305	180
18G2A	16-30	345					295	175
		30-50		335				285	170
	18G2AY^2)3)	16		440		560-720	18	370	220
		16-30		430				360	215
		30-50		420				350	210
10HAY^2)	20	390	min 510	22	335	200
10HA^2)	-	345	min 470	22	300	180
10H^2)	-	345	min 470	20	300	180
^1) Grubość kształtowników walcowanych przyjmuje się równą średniej grubości stopki. ^2) Stal o specjalnych własnościach technologicznych i eksploatacyjnych. ^3) Stal dostarczana w kilku kategoriach, w zależności od wymaganych własności wytrzymałościowych i technologicznych; podane w tablicy wartości dotyczą stali 18G2AV w kategorii E440. ^4) W przypadku blach i kształtowników ze stali 18G2 przyjmuje się wytrzymałość obliczeniową Rs o 10 MPa niższą a wytrzymałość Rst odpowiednio do zmniejszonej wartości Rs.

2.3.3. Odkształcalność stali konstrukcyjnej.

Współczynnik sprężystości podłużnej stali konstrukcyjnej należy przyjmować E_s = 205 GPa.

2.4. Łączniki

2.4.1. Stosowane rodzaje łączników.

Łączniki stosowane w konstrukcjach zespolonych stalowo-betonowych należy projektować i wykonywać ze stali konstrukcyjnej o gwarantowanej spawalności, zgodnie z postanowieniami rozdz. 5 i 7.

2.4.2. Nośność łączników.

Nośność łącznika jest to maksymalne obciążenie o określonym kierunku działania, które może być przeniesione przez łącznik przed zniszczeniem.

Charakterystyczna nośność łącznika jest to nośność określona z prawdopodobieństwem 95%. Za nośność charakterystyczną można również uważać określoną wartość minimalną gwarantowaną przez wykonawcę.

Obliczeniową nośność łącznika określa się dzieląc nośność charakterystyczną przez częściowy współczynnik bezpieczeństwa γ_c.

Wartość tego współczynnika należy przyjmować:

γ_c = γ_b - gdy o nośności łącznika decyduje beton,

γ_c = γ_s - gdy o nośności łącznika decyduje stal.

Nośność łączników należy określać na podstawie obliczeń wg 5.2.

2.4.3. Odkształcalność łączników.

Odkształcalność łącznika jest to zdolność łącznika do odkształceń bez spadku nośności.

Miarą odkształcalności łącznika jest wartość poślizgu płyty względem belki stalowej mierzona na próbkach ścinanych przy określonym poziomie obciążenia.

Rozróżnia się dwie wartości poślizgu:

δ_o - wartość obliczeniowa poślizgu określona na poziomie nośności obliczeniowej łącznika,

δ_gr - wartość graniczna poślizgu określona na poziomie nośności charakterystycznej łącznika.

Odkształcalność łączników należy określać na podstawie badań. Przy braku bliższych danych doświadczalnych do obliczeń można przyjmować

- dla łączników giętkich:

δ_o = 1 mm,

δ_gr = 3 mm;

- dla łączników sztywnych:

δ_o = 0,7 mm,

δ_gr - 1 mm.

Łączniki przedstawione na rys. 13 można uważać jako giętkie, jeżeli stosunek wysokości do grubości łącznika jest nie mniejszy niż 4,2.

Pozostałe rodzaje łączników uważa się jako sztywne.

3. ZASADY PROJEKTOWANIA

3.1. Wymagania ogólne

3.1.1. Ogólne zasady obliczeń - wg PN-76/B-03001.

3.1.2. Obliczenia statyczne.

Zakres, układ i forma graficzna obliczeń statycznych - wg PN-90/B-03000.

3.1.3. Wartości pośrednie

w stosunku do podanych w tablicach interpoluje się liniowo.

3.1.4. Obciążenia.

Rodzaje i układy obciążeń, wartości obciążeń charakterystycznych oraz współczynniki obciążenia - wg:

PN-82/B-02000, PN-82/B-02001, PN-82/B-02003 dla obciążeń stałych i zmiennych,

PN-80/B-02010 - dla obciążenia śniegiem,

PN-77/B-02011 - dla obciążenia wiatrem.

Elementy składowe konstrukcji zespolonej powinny odpowiadać postanowieniom następujących norm:

PN-90/B-03200 - przy projektowaniu elementów ze stali konstrukcyjnej,

PN-84/B-03264 - przy projektowaniu elementów z betonu zbrojonego.

3.2. Metoda i zakres obliczeń.

Obliczenia konstrukcji należy przeprowadzać wg metody stanów granicznych, rozróżniając:

- stany graniczne nośności,

- stany graniczne użytkowania.

Osiągnięcie stanu granicznego nośności oznacza, że konstrukcja przestaje być zdolna do dalszego przenoszenia lub wzrostu obciążeń.

Osiągnięcie stanu granicznego użytkowania oznacza, że konstrukcja przestaje odpowiadać założonym wymaganiom użytkowym.

Konstrukcję uważa się za zabezpieczoną przed wystąpieniem tych stanów granicznych, jeżeli została sprawdzona wg zasad podanych w 3.4 i 3.5 i zaprojektowana zgodnie z wymaganiami rozdz. 7 przy uwzględnieniu współczynnika konsekwencji zniszczenia wg PN-76/B-03001.

Obliczenia powinny zawierać sprawdzenie stanów granicznych konstrukcji w stadium montażu (przed zespoleniem) oraz w stadium eksploatacji (po zespoleniu).

3.3. Obliczanie sił wewnętrznych.

Obliczenia statyczne konstrukcji należy przeprowadzać przyjmując najniekorzystniejsze układy obciążeń w stadium montażu i w stadium eksploatacji.

Przy sprawdzaniu stanów granicznych użytkowania, siły wewnętrzne określa się od obciążeń charakterystycznych: całkowitych i długotrwałych.

Przy sprawdzaniu stanów granicznych nośności siły wewnętrzne określa się od obciążeń obliczeniowych.

W przypadku belek ciągłych obliczenia należy przeprowadzać przy założeniu sprężystego stanu konstrukcji, uwzględniając możliwość ograniczonej lub pełnej redystrybucji sił wewnętrznych w wyniku zarysowania betonu lub uplastycznienia betonu i stali. Decyzja w tej sprawie zależy od rozpatrywanego stanu granicznego i założeń przyjętych do wymiarowania.

3.4. Sprawdzenie stanów granicznych nośności.

Sprawdzenie stanów granicznych nośności polega na wyznaczeniu miarodajnych przekrojów konstrukcji i wykazaniu, że występujące w nich siły wewnętrzne wywołane działaniem obciążeń obliczeniowych są nie większe od obliczeniowych nośności tych przekrojów.

Obliczeniową nośność przekroju określa się przyjmując obliczeniowe wytrzymałości materiałów z uwzględnieniem współczynników korekcyjnych.

W belkach zespolonych niezbędne obliczenia w tym zakresie powinny obejmować:

a) w stadium montażu

- sprawdzenie nośności elementów przenoszących obciążenia przyłożone przed zespoleniem, a w szczególności:

- sprawdzenie nośności belki stalowej na zginanie i zwichrzenie - wg PN-90/B-03200,

- sprawdzenie nośności konstrukcji wsporczych, usztywnień i prefabrykatów - wg norm przedmiotowych,

b) w stadium eksploatacji

- sprawdzenie nośności płyty współpracującej - wg norm przedmiotowych,

- sprawdzenie nośności przekrojów zespolonych na zginanie i ścinanie wg rozdz. 4,

- sprawdzenie nośności połączeń wg rozdz. 5.

3.5. Sprawdzenie stanów granicznych użytkowania.

Do stanów granicznych użytkowania, sprawdzanych wg zasad podanych w niniejszej normie, należą:

- stan graniczny ugięć,

- stan graniczny rozwarcia rys.

Sprawdzenie stanu granicznego ugięć polega na wykazaniu, że ugięcia konstrukcji w stadium montażu oraz w stadium eksploatacji, obliczone zgodnie z 6.1, nie przekraczają wartości uznanych za dopuszczalne ze względu na przeznaczenie budowli, możliwość uszkodzenia elementów przylegających do konstrukcji i estetykę.

Sprawdzenie stanu granicznego rozwarcia rys polega na wykazaniu, że szerokości rozwarcia rys, obliczone zgodnie z 6.2, nie przekraczają wartości uznanych za dopuszczalne ze względu na potrzebę zabezpieczenia stali przed korozją.

4. NOŚNOŚĆ PRZEKROJU POPRZECZNEGO

4.1. Określenie przekroju

4.1.1. Przekrój zespolony.

Przekrój poprzeczny belki zespolonej stalowo-betonowej składa się z przekroju belki stalowej, zwanej elementem podstawowym oraz z przekroju płyty współpracującej z betonu zbrojonego.

Płyta połączona jest z belką w płaszczyźnie zespolenia za pomocą łączników ścinanych, w celu łącznego przenoszenia obciążeń zewnętrznych.

Element podstawowy może być wykonany z pełno-ściennego profilu walcowanego lub spawany ze stali konstrukcyjnej zgodnie z PN-90/B-03200.

Płyta współpracująca może być monolityczna, prefabrykowana lub zespolona. Charakterystyczne przekroje belek zespolonych przedstawiono na rys. 1.

4.1.2. Przekrój belki stalowej.

Przekrój belki stalowej, uważany jako część przekroju zespolonego, może być krępy lub smukły.

Przekrój określa się jako krępy, jeżeli elementy składowe ściskanej części przekroju mają odpowiednio wysoką sztywność umożliwiającą pełne uplastycznienie i wymagany obrót przekroju bez uprzedniej utraty stateczności.

Powyższe kryterium uważa się za spełnione w przypadku, gdy przekrój belki stalowej po stronie ściskanej usztywniony jest płytą współpracującą, np. w belkach swobodnie podpartych i w strefach działania momentu dodatniego belek ciągłych.

Przekrój belki stalowej, który po stronie ściskanej nie jest usztywniony płytą współpracującą, np. w strefach działania momentu ujemnego belek ciągłych, uważa się za krępy jeżeli jest walcowany lub jeżeli jego wymiary odpowiadają następującym warunkom (rys. 2):

Rys. 1. Przykładowe przekroje belek zespolonych stalowo-betonowych

a) przekrój walcowany z płytą monolityczną, b) przekrój walcowany wzmocniony z płytą monolityczną, c) przekrój walcowany obetonowany, d) przekrój spawany skrzynkowy z płytami prefabrykowanymi żebrowymi, e) z płytami prefabrykowanymi kanałowymi, f) z płytą zespoloną na prefabrykatach z betonu, g) i h) z płytą zespoloną na specjalnych blachach fałdowych

Jeżeli powyższe warunki nie są spełnione przekrój uważa się za smukły.

Rys. 2. Przekroje elementów podstawowych a) walcowany, b) walcowany wzmocniony, c) spawany dwuteowy, d) spawany skrzynkowy

4.1.3. Przekrój płyty współpracującej.

Płytę można traktować jako część przekroju zespolonego, jeżeli:

- nośność płyty została sprawdzona wg PN-84/B-03264,

- płyta jest ciągła na całej długości elementu zespolonego a jej grubość jest nie mniejsza niż 50 mm,

- połączenie płyty z belką zostało zaprojektowane i wykonane zgodnie z rozdz. 5.

Do obliczeń przekroju zespolonego należy przyjmować wymiary płyty współpracującej, nie większe od wymiarów rzeczywistych.

Jednostronny wysięg płyty współpracującej b_p określa się jako najmniejszą wartość wyznaczoną z następujących warunków:

a) 0,15l - w belkach swobodnie podpartych,

0,10l - w belkach ciągłych,

0,25l - we wspornikach,

b) 0,5 rozstawu belek,

c) 6t + b_so - w belkach pośrednich,

4t + b_so - w belkach skrajnych

w których:

l - rozpiętość belki lub wysięg wspornika

t - grubość płyty

b_so - wymiar skosu jak na rys. 3.

Szerokość płyty współpracującej przyjmuje się stałą na długości przęsła. W przekrojach podporowych belek ciągłych przyjmuje się średnią szerokość współpracującą sąsiednich przęseł. Zbrojenie podłużne (równoległe do belki) usytuowane w płycie współpracującej należy traktować jako integralną część przekroju zespolonego.

Przekrój tego zbrojenia, odniesiony do przekroju płyty, powinien być nie mniejszy niż:

0,3% - gdy płyta jest ściskana,

0,6% - gdy płyta jest rozciągana.

Grubość płyty płaskiej przyjmuje się zgodnie z wymiarem rzeczywistym.

Jeżeli płyta jest pogrubiona nad belką, wówczas w celu uproszczenia obliczeń, wpływ pogrubienia można pominąć lub przekrój rzeczywisty zastąpić równoważnym przekrojem prostokątnym o tym samym środku ciężkości.

Jeżeli płyta wykonana jest na blachach fałdowych z żebrami prostopadłymi do osi belki, wówczas do obliczeń przekroju zespolonego można przyjmować wyłącznie grubość płyty bez żeber. Jeżeli żebra płyty są równoległe do osi belki, wówczas można postępować jak w przypadku płyty pogrubionej. W obu przypadkach wysokość żeber nie może być większa niż 80 mm, a grubość płyty nad żebrami nie może być mniejsza niż 50 mm.

Rys. 3. Wymiary płyty współpracującej w przekroju zespolonym

Jeżeli płyta monolityczna wykonana jest na płaskich płytach prefabrykowanych, wówczas do obliczeń przekroju zespolonego można przyjmować grubość całkowitą pod warunkiem, że:

- grubość warstwy betonu monolitycznego jest nie mniejsza niż 50 mm,

- pachwiny między płytami prefabrykowanymi zostały starannie wypełnione betonem monolitycznym o tej samej lub wyższej wytrzymałości.

4.2. Zginanie

4.2.1. Zasady ogólne.

Nośność na zginanie belek zespolonych należy sprawdzać w przekrojach miarodajnych do obliczeń, rozróżniając dwa przypadki:

a) przekroje z płytą ściskaną,

b) przekroje z płytą rozciąganą.

Przekroje belek swobodnie podpartych oraz belek ciągłych w strefie działania momentu dodatniego, w których pod wpływem obciążeń zewnętrznych płyta podlega ściskaniu, należy sprawdzać wg 4.2.2. W tych przypadkach bez względu na smukłość przekroju stalowego stateczność belki jest zabezpieczona poprzez zespolenie z płytą współpracującą, a nośność przekroju zespolonego jest uwarunkowana wytrzymałością betonu i stali.

Przekroje podporowe belek ciągłych, w których płyta jest rozciągana, można sprawdzać wg 4.2.3 pod warunkiem zabezpieczenia ściskanej części belki przed zwichrzeniem i miejscową utratą stateczności.

Warunek ten można uważać za spełniony, jeżeli:

- belka w przekrojach podporowych jest odpowiednio usztywniona w celu zabezpieczenia przed skręceniem,

- stosunek długości l_c do szerokości b_c pasa ściskanego nie przekracza wartości:

- przekrój belki stalowej w strefie działania momentu ujemnego jest krępy, zgodnie z określeniem wg 4.1.2.

Wpływ siły poprzecznej na nośność przekroju zginanego należy uwzględniać zgodnie z 4.4.

4.2.2. Przekroje z płytą ściskaną.

Nośność zginanego przekroju zespolonego z płytą po stronie ściskanej należy sprawdzać przyjmując następujące założenia:

a) przekrój płyty współpracującej jest zgodny z 4.1.3,

b) pomija się wytrzymałość betonu na rozciąganie,

c) odkształcenia betonu na krawędzi ściskanej są równe _bgr,

d) rzeczywisty rozkład naprężeń ściskających w betonie jest równoważny rozkładowi prostokątnemu o rzędnej R_b i umownej wysokości strefy ściskanej x,

e) naprężenia w stali konstrukcyjnej po stronie rozciąganej są równe R_s, a po stronie ściskanej x_sb R_s; wartość x_sb określa się wg wzoru

(5)

f) odkształcenia przekroju są nieciągłe w płaszczyźnie zespolenia przy zachowaniu równości krzywizn belki stalowej i płyty współpracującej,

g) rzeczywisty przekrój belki stalowej jest równoważny przekrojowi zastępczemu jak na rys. 4.

Rys. 4. Schemat do określania przekroju zastępczego elementu podstawowego

Sprawdzenie nośności przekroju polega na wykazaniu, że

M  M_o

(6)

gdzie:

M - moment zginający wywołany działaniem całkowitego obciążenia obliczeniowego,

M_o - obliczeniowa nośność przekroju zespolonego.

Zgodnie z przyjętymi założeniami oraz oznaczeniem podanym na rys. 5 wartość M_o należy obliczać ze wzoru

M_o = M_so + N_bcz_b

(7)

w którym:

M_so - obliczeniowa nośność przekroju elementu podstawowego w stanie pełnego uplastycznienia,

N_bc - wypadkowa naprężeń ściskających w betonie,

z_b - odległość wypadkowej N_bc od środka ciężkości połowy przekroju stalowego po stronie ściskanej lub mniej rozciąganej.

Wartość M_so oblicza się ze wzoru (rys. 4)

M_so = R_sW_spl

(8)

w którym:

W_spl - wskaźnik oporu plastycznego przekroju belki stalowej

(9)

W przypadku prostokątnego przekroju płyty współpracującej wartości N_bc oraz z_b oblicza się ze wzorów:

N_bc = R_bb_tx

(10)

z_b = h₁ - 0,5x

(11)

po podstawieniu najmniejszej wartości x określonej na podstawie następujących warunków:

(12)

x  t (13)

(14)

w których:

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

 - współczynnik wypełnienia bryły naprężeń ściskających w betonie, którego wartość wynosi:

Klasa betonu	B20	B25	B30	B35	B40
	0,82	0,81	0,80	0,78	0,76

_bgr - odkształcenie graniczne betonu na ściskanej krawędzi płyty, które bez względu na klasę betonu należy przyjmować _bgr = 0,003

δ - wartość poślizgu płyty względem belki stalowej, zależna od rodzaju łączników i stopnia zespolenia:

0
δ
δ_o - przy zespoleniu pełnym,

δ_o < δ
δ_gr - przy zespoleniu częściowym,

Zespolenie częściowe można stosować wówczas, gdy nośność na zginanie belki z pełnym zespoleniem nie jest wykorzystana.

4.2.3. Przekroje z płytą rozciąganą.

Jeżeli warunki określone w 4.2.1 są spełnione, nośność przekroju zespolonego z płytą po stronie rozciąganej można sprawdzać, przyjmując następujące założenia:

a) pomija się wytrzymałość betonu na rozciąganie,

b) do obliczeń przyjmuje się przekrój zastępczy belki stalowej (jak w 4.2.2) i zbrojenia podłużnego płyty współpracującej,

c) w stanie granicznym przekrój ulega uplastycznieniu przy naprężeniach w stali zbrojeniowej równym R_a, naprężeniach w stali konstrukcyjnej po stronie ściskanej równych R_s i naprężeniach w stali konstrukcyjnej po stronie rozciąganej lub mniej ściskanej równych x_sa R_s. Wartość x_sa oblicza się wg wzoru

(20)

Sprawdzenie nośności przekroju polega na wykazaniu, że spełniona jest nierówność

M  M_o

(21)

w której:

M - moment zginający w przekroju podporowym wywołany działaniem całkowitego obciążenia obliczeniowego,

M_o - obliczeniowa nośność przekroju podporowego.

Rys. 5. Schemat do obliczania nośności na zginanie przekroju zespolonego z płytą po stronie ściskanej

Zgodnie z przyjętymi założeniami wartość M_o należy obliczać wg wzoru (rys. 6)

M_o = M_so + N_az_a

(22)

w którym:

M_so - obliczeniowa nośność przekroju belki stalowej w stanie pełnego uplastycznienia,

N_a - wypadkowa naprężeń rozciągających w zbrojeniu F_a,

z_a - odległość wypadkowej N_a od środka ciężkości połowy przekroju F_s po stronie rozciąganej lub mniej ściskanej.

Wartość M_so oblicza się wg wzoru (8) po podstawieniu charakterystyk geometrycznych i wytrzymałościowych belki w przekroju podporowym.

Wartość N_a oblicza się wg wzoru

N_a = R_aF_a  R_sF_s

(23)

w którym:

F_a - pole przekroju zbrojenia podłużnego płyty współpracującej,

F_s - pole przekroju poprzecznego belki stalowej.

Rys. 6. Schemat do obliczania nośności na zginanie przekroju zespolonego z płytą po stronie rozciąganej

4.3. Ścinanie.

Sprawdzenie nośności przekroju na ścinanie polega na wykazaniu, że:

Q  Q_o

(24)

w którym:

Q - siła poprzeczna w rozpatrywanym przekroju od całkowitych obciążeń obliczeniowych,

Q_o - obliczeniowa nośność przekroju na ścinanie.

Wartość Q_o należy obliczać ze wzoru

Q_o = R_st x F_st

(25)

w którym F_st - pole tej części przekroju belki stalowej, która przenosi ścinanie (środnik przekroju dwuteowego F_st = gh, ścianki przekroju skrzynkowego, F_st = 2gh).

4.4. Zginanie ze ścinaniem.

W przypadku jednoczesnego obciążenia przekroju belki zespolonej momentem zginającym M i siłą poprzeczną Q, sprawdzenie przekroju na zginanie należy przeprowadzać zgodnie z 4.2, przyjmując do obliczeń zredukowane charakterystyki przekroju stalowego. W tym celu przekrój F_st (grubość średnika) należy zmniejszyć zgodnie z wzorem:

(26)

Wpływ siły poprzecznej na nośność przekroju zginanego można pominąć, jeżeli

Q  0,3Q_o

(27)

Wpływ ten można również pominąć przy sprawdzaniu nośności na zginanie przekroju podporowego belki ciągłej, jeżeli równocześnie spełnione są warunki

Q  Q_o

(28)

R_aF_a ≥ 0,15 R_sF_s

(29)

5. PROJEKTOWANIE POŁĄCZEŃ ŚCINANYCH

5.1. Zasady ogólne.

Belki zespolone stalowo-betonowe należy zabezpieczyć przed rozwarstwieniem na całej długości elementu przez zastosowanie odpowiednich łączników i zbrojenia poprzecznego.

Łączniki stosuje się w celu zespolenia płyty betonowej z belką stalową, natomiast zbrojenie poprzeczne w celu zabezpieczenia betonu przed ścięciem w otoczeniu łączników.

Wszystkie połączenia ścinane należy sprawdzać zgodnie z warunkami stanu granicznego nośności:

- w płaszczyźnie zespolenia wg 5.3,

- w pozostałych płaszczyznach ścinania przechodzących przez beton wg 5.4.

5.2. Nośność łączników

5.2.1. Łączniki sworzniowe z główkami.

Obliczeniową nośność łącznika na ścinanie należy określać wg wzoru

(30)

pod warunkiem, że:

T_co  0,8R_sF_c

(31)

w którym:

_c - współczynnik, którego wartość wynosi:

0,36 dla h_c/d_c
4,2

0,28 dla h_c/d_c = 3

(wartości pośrednie interpoluje się liniowo)

γ_c - częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla łączników równy γ_c = γ_b = 1,3

- pole przekroju poprzecznego łącznika,

d_c - średnica sworznia,

h_c - długość sworznia.

Jeżeli wokół sworznia stosuje się uzwojenie jak na rys. 16 wartość obliczoną ze wzoru (30) można zwiększyć o 15%.

Obliczeniową nośność łącznika na rozciąganie można określać wg wzoru

(32)

w którym:

c₁, c₂ - współczynniki redukcyjne, zależne od rozstawu sworzni s₁ i s₂ w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach

(33)

Obliczeniową nośność łącznika na jednoczesne ścinanie i rozciąganie należy określać z warunku

(34)

w którym:

T_c - siła ścinająca przenoszona przez łącznik,

Z_c - siła rozciągająca przenoszona przez łącznik.

Siłę Z_c określa się na podstawie:

a) oddziaływań znanych obciążeń zewnętrznych (np. obciążeń podwieszonych),

b) z warunku zabezpieczenia płyty przed odrywaniem od belki stalowej siłą nie mniejszą niż 0,1T_co (por. 5.2.2 i 5.2.3).

Warunek b) można uważać za spełniony, jeśli wszystkie łączniki na długości połączenia płyty z belką stalową mają główki lub haki przeciwdziałające odrywaniu.

Wpływ rozciągania można pominąć, jeśli wynikająca z tego tytułu redukcja nośności łącznika na ścinanie nie przekracza 10%.

5.2.2. Łączniki sworzniowe bez główek.

Nośność łącznika na ścinanie można określać wg 5.2.1, pod warunkiem zabezpieczenia płyty przed odrywaniem od belki stalowej siłą nie mniejszą niż 0,1T_co na każdy łącznik.

Sworznie bez główek nie przenoszą rozciągania. Łączniki zapobiegające odrywaniu płyty od belki stalowej należy projektować w postaci dodatkowych kotew, pętli lub sworzni z główkami w ilości nie mniejszej niż 25% ogólnej liczby łączników.

5.2.3. Łączniki blokowe.

Łączniki blokowe stosuje się w postaci sztywnych wsporników połączonych z belką stalową za pomocą spoin ciągłych lub śrub sprężających. Łączniki te przenoszą tylko ścinanie.

W celu zabezpieczenia płyty przed odrywaniem od belki stalowej co najmniej 25% łączników powinno mieć kotwy lub pętle zdolne do przeniesienia siły rozciągającej nie mniejszej niż 0,1T_co na każdy łącznik ścinany.

Nośność łącznika blokowego uwarunkowana jest wytrzymałością betonu na docisk oraz wytrzymałością połączenia.

Obliczeniową nośność łącznika na ścinanie ze względu na wytrzymałość betonu należy określać wg wzoru

T_co = R_bdF_d

(35)

w którym:

(36)

F_d - powierzchnia docisku,

F_r - powierzchnia rozdziału określona zgodnie z zasadą podaną na rys. 7 pod warunkiem, że nie wykracza poza przekrój betonu.

Obliczeniową nośność łącznika na ścinanie ze względu na wytrzymałość spoin należy określać wg PN-90/B-03200. Obliczenia należy wykonać przy założeniu, że siła T_co przyłożona jest w połowie wysokości łącznika.

5.2.4. Łączniki kotwowe

stosuje się w postaci prętów prostych lub odgiętych z hakami, lub w postaci pętli. Łączniki te należy spawać do belki stalowej i kotwić w ściskanej strefie betonu, zgodnie z zasadami podanymi w rozdz. 7.

Obliczeniową nośność łącznika na ścinanie można określać ze wzoru

T_co = 0,8R_sF_c

(37)

w którym:

R_s - obliczeniowa wytrzymałość materiału łącznika na rozciąganie,

F_c - pole przekroju poprzecznego łącznika.

Nośność łączników kotwowych współpracujących z łącznikami blokowymi należy zredukować

- o 30% w przypadku pętli,

- o 50% w przypadku prętów zakończonych hakami.

5.3. Połączenie płyty z belką.

Przy sprawdzaniu nośności połączenia płyty z belką stalową należy stosować następujący tryb postępowania:

a) należy wykazać, że nośność połączenia na odcinku od podpory do najbardziej wytężonego przekroju zginanego jest nie mniejsza od granicznej siły ścinającej na tym odcinku,

b) nośność połączenia określa się jako sumę nośności łączników na rozpatrywanym odcinku ścinania pomnożoną przez współczynnik korekcyjny m_c o wartości:

1,00 - w belkach swobodnie podpartych,

0,93 - w belkach ciągłych,

0,80 - we wspornikach,

c) wartość granicznej siły ścinającej określa się jako przyrost siły normalnej w płycie betonowej współpracującej z belką stalową w stanie granicznym nośności na rozpatrywanym odcinku ścinania: - w belkach swobodnie podpartych oraz w belkach ciągłych przy podporach skrajnych bez wsporników

T = N_bc

(38)

Rys. 7. Schemat do określania powierzchni rozdziału

- w belkach ciągłych przy podporach pośrednich

T = N_bc + N_o

(39)

- we wspornikach

T = N_a

(40)

gdzie:

N_bc - wypadkowa naprężeń ściskających w betonie obliczona zgodnie z 4.2.2,

N_a - wypadkowa naprężeń rozciągających w zbrojeniu podporowym zgodnie z 4.2.3;

d) obliczoną ilość łączników należy rozmieścić na rozpatrywanym odcinku ścinania; w belkach o stałej wysokości, łączniki można rozmieszczać odpowiednio do wykresu siły poprzecznej z możliwością wyrównania rozstawu na odcinkach przypodporowych oraz między siłami skupionymi.

W belkach obciążonych równomiernie z łącznikami giętkimi można stosować stały rozstaw łączników.

5.4. Zbrojenie poprzeczne.

Oprócz sprawdzenia nośności w płaszczyźnie zespolenia, należy również sprawdzić nośność w innych możliwych płaszczyznach ścinania przechodzących przez beton (rys. 8).

Należy wykazać, że nośność na ścinanie w tych płaszczyznach jest nie mniejsza od nośności na ścinanie w płaszczyźnie zespolenia płyty z belką stalową.

Rys. 8. Przykłady powierzchni ścinania betonu w otoczeniu łączników F_bp i odpowiadającego im pola przekroju zbrojenia poprzecznego F_ap

Sprawdzenie należy przeprowadzić na podstawie następujących warunków:

(41)

(42)

w których:

T₁ - siła ścinająca na jednostkę długości rozpatrywanej powierzchni ścinania równa sumie nośności łączników rozmieszczonych na tym odcinku,

F_bp - pole rozpatrywanej powierzchni ścinania w otoczeniu łączników na jednostkę długości belki,

F_ap - przekrój zbrojenia poprzecznego przeciętego rozpatrywaną powierzchnią ścinania na jednostkę długości belki,

P - siła zewnętrzna prostopadła do rozpatrywanej płaszczyzny ścinania, na jednostkę długości belki (siłę rozciągającą uważa się za dodatnią),

x_z - współczynnik, którego wartość wynosi:

1,0 - gdy płaszczyzna ścinania przechodzi przez beton monolityczny,

0,5 - gdy płaszczyzna ścinania przechodzi wzdłuż połączenia prefabrykatu z betonem monolitycznym.

Przekrój zbrojenia poprzecznego F_ap, który można uwzględniać w obliczeniach, powinien być nie mniejszy od wartości określonej z warunku

(43)

Pręty zbrojenia poprzecznego powinny być zakotwione poza rozpatrywaną płaszczyzną ścinania zgodnie z PN-84/B-03264.

Przekrój zbrojenia poprzecznego, określony z warunku nośności płyty na zginanie, można równocześnie uwzględniać przy sprawdzaniu nośności na ścinanie wg wzoru (41).

6. STANY GRANICZNE UŻYTKOWANIA

6.1. Ugięcia belek

6.1.1. Zasady obliczeń.

Ugięcia konstrukcji w stadium montażu należy sprawdzać wg PN-90/B-03200. Ugięcia belek zespolonych w stadium eksploatacji należy obliczać zgodnie z zasadami statyki sumując ugięcia powstałe w stadium montażu z przyrostem ugięć po zespoleniu wg wzoru

f = f_m + f_s + f_z

(44)

w którym:

f_m - ugięcie belki stalowej w stadium montażu od obciążeń długotrwałych,

f_s - przyrost ugięcia belki od skurczu betonu,

f_z - przyrost ugięcia belki od obciążeń przyłożonych po zespoleniu; sztywność przekroju zespolonego określa się wg 6.1.2.

Przyrost ugięcia belek swobodnie podpartych oraz ciągłych wywołany skurczem betonu można obliczać wg wzoru

(45)

w którym:

(46)

E_sI_s - sztywność przekroju belki stalowej,

B - sztywność przekroju zespolonego,

z_o - odległość między środkami ciężkości belki stalowej i płyty współpracującej,

l - rozpiętość belki,

_s - odkształcenie skurczu betonu wg tabl. 3.

Przyrost ugięć po zespoleniu w belkach ciągłych należy obliczać uwzględniając wpływ zarysowania płyty betonowej w strefach działania momentu ujemnego.

Jeżeli nie przeprowadza się dokładniejszych obliczeń, wpływ ten można uwzględnić poprzez redukcję minimalnych momentów podporowych o 30% i odpowiednie zwiększenie towarzyszących momentów przęsłowych (od obciążeń przyłożonych po zespoleniu).

Obliczone ugięcia belek nie powinny przekraczać wartości uznanych za dopuszczalne wg PN-90/B-03200.

6.1.2. Sztywność przekroju zespolonego.

Przy obliczaniu sztywności przekroju zespolonego stalowo-betonowego z płytą po stronie ściskanej należy przyjmować następujące założenia:

a) wymiary przekroju poprzecznego określa się zgodnie z 4.1,

b) pomija się wytrzymałość betonu na rozciąganie,

c) naprężenia ściskające w betonie oraz naprężenia w stali są liniową funkcją odkształceń,

d) odkształcenia przekroju zależą od czasu działania obciążenia oraz stopnia współpracy betonu i stali,

e) rozkład odkształceń w przekroju zespolonym jest nieciągły ze względu na poślizgi występujące w płaszczyźnie zespolenia: zasada płaskich przekrojów dotyczy oddzielnie betonu i stali przy zachowaniu tej samej krzywizny połączonych części przekroju.

Zgodnie z tymi założeniami sztywność przekroju zespolonego oblicza się wg wzoru

(47)

Położenie osi obojętnej x wyznacza się z równania

(48)

natomiast wartość z_bo oblicza się zgodnie z zależnością

(49)

w których:

E_sI_s, i_s, F_s - odpowiednio: sztywność, promień bezwładności, pole przekroju poprzecznego belki stalowej,

h_o - odległość od ściskanej krawędzi betonu do środka ciężkości przekroju belki stalowej,

S_bx, I_bx - odpowiednio moment statyczny i moment bezwładności przekroju betonu ściskanego obliczone względem poszukiwanej osi obojętnej x.

Współczynnik n' oblicza się ze wzoru

(50)

w którym:

(51)

M_k - moment zginający od obciążeń całkowitych,

M_kd - moment zginający od długotrwałej części obciążeń całkowitych,

M_mkd - moment zginający od obciążeń długotrwałych w stadium montażu,

_p - współczynnik pełzania wg tabl. 2.

Współczynnik _z charakteryzuje stopień współpracy betonu i stali w przekroju zespolonym. Jest to współczynnik empiryczny, którego fizyczną interpretacją zgodnie z rys. 9 jest zależność

(52)

Przy braku bliższych danych doświadczalnych, wartość współczynnika z można określić wg wzoru

_z = 1 + kδ

(53)

w którym kδ - wartość określona wzorem (17).

Rys. 9. Schemat do obliczania sztywności przekroju zespolonego

6.2. Szerokość rozwarcia rys.

Szerokość rozwarcia rys prostopadłych do osi elementu należy sprawdzać w przekrojach podporowych belek ciągłych na poziomie skrajnej warstwy zbrojenia rozciąganego, wg opisu na rys. 10.

Szerokość rozwarcia rys oblicza się wg wzoru

(54)

w którym:

_a - współczynnik wyrażający stosunek średnich odkształceń zbrojenia na odcinku między rysami do odkształceń zbrojenia w przekroju zarysowanym, określony przy pełnych obciążeniach uzupełniających ze wzoru(55),

_a - odkształcenia zbrojenia w przekroju zarysowanym wywołane długotrwałą częścią obciążeń przyłożonych po zespoleniu wg wzoru (56),

_s - odkształcenie skurczowe betonu wg tabl. 3,

l_f - odległość między rysami wg wzoru (57).

Obliczone szerokości rozwarcia rys powinny być nie większe od wartości uznanych za dopuszczalne wg PN-84/B-03264.

Współczynnik _a oblicza się wg wzoru

(55)

w którym:

F_b - pole przekroju poprzecznego płyty współpracującej,

z_o - odległość środka ciężkości płyty współpracującej od środka ciężkości belki stalowej,

M_k - moment podporowy od pełnych obciążeń charakterystycznych,

M_mkd - moment podporowy od długotrwałych obciążeń charakterystycznych w stadium montażu.

Odkształcenie _a oblicza się wg wzoru

(56)

w którym:

M_kd - moment podporowy od długotrwałej części obciążeń charakterystycznych,

y₁ - odległość skrajnej warstwy zbrojenia od środka ciężkości łączonego przekroju stalowego,

I_sa - moment bezwładności łączonego przekroju stali F_a + F_s względem osi własnej.

Odległość między rysami oblicza się wg wzoru

(57)

w którym:

u_a - obwód prętów zbrojenia podłużnego,

_f - współczynnik o wartościach:

1,0 - dla prętów gładkich,

0,7 - dla prętów żebrowanych.

7. ZASADY KONSTRUKCYJNO-WYKONAWCZE

7.1. Konstrukcja belek.

Belki zespolone stalowo-betonowe można projektować jako belki jednoprzęsłowe swobodnie podparte lub ciągłe, stanowiące oddzielne elementy konstrukcyjne lub części konstrukcji stropów. Elementy podstawowe belek zespolonych projektuje się z profili walcowanych, najczęściej o przekroju dwuteowym lub spawane z blach o przekroju dwuteowym lub skrzynkowym. Przekroje belek stalowych powinny być krępe, zgodnie z określeniem wg 4.1.2 i symetryczne względem płaszczyzny zginania. Zaleca się stosowanie przekrojów o wzmocnionym pasie dolnym.

Rys. 10. Schemat do obliczania szerokości rozwarcia rys

Belki w przekrojach podporowych powinny być usztywnione żebrami pionowymi i zabezpieczone przed skręceniem. Długość oparcia belek należy określać wg PN-90/B-03200.

Płytę współpracującą w przekroju zespolonym należy projektować wg PN-84/B-03264 jako monolityczną, prefabrykowaną lub betonową zespoloną. Płytę należy połączyć z belką stalową za pomocą łączników spawanych do belki stalowej i zakotwionych w betonie płyty. Grubość płyty nie może być mniejsza niż 50 mm. W przypadku pogrubienia płyty nad belką (rys. 11) powinien być spełniony warunek

Płyta powinna mieć zbrojenie podłużne i poprzeczne o przekroju nie mniejszym od minimalnego zgodnie z 4.1.3 i 5.4.

Rys. 11. Minimalne wymiary przekroju betonu w otoczeniu łączników

7.2. Łączniki i zbrojenie poprzeczne

7.2.1. Uwagi ogólne.

Przykładowe rodzaje łączników stosowanych w elementach zespolonych stalowo-betonowych podano na rysunkach 12, 13, 14, 15. Wymiary i rozstaw łączników jak również przekrój zbrojenia poprzecznego powinny być określone na podstawie obliczeń. Łączniki należy wykonywać ze stali o gwarantowanej spawalności i łączyć z belką stalową zgodnie z PN-90/B-03200, a w przypadku łączników sworzniowych spawanych półautomatycznie za pomocą urządzenia spawalniczego, zgodnie z zasadami określonymi w Wytycznych Instytutu Spawalnictwa w Gliwicach.

Przyjęta technologia spawania powinna być sprawdzona poprzez badania i w pełni opanowana przez wykonawcę konstrukcji.

7.2.2. Uwagi szczegółowe

- Łączniki należy kotwić w ściskanej strefie betonu.

- Powierzchnia łącznika przenosząca siły odrywające płytę od belki, np. wnętrze pętli, spód główki sworznia, powinna wystawać nie mniej niż 30 mm ponad dolne zbrojenie płyty.

- Otulina betonowa nad łącznikiem, niezbędna do właściwego zakotwienia pręta lub ochrony stali przed korozją, powinna być nie mniejsza niż 20 mm; w innych przypadkach wierzch główki sworznia może być styczny do górnej powierzchni płyty.

Rys. 12. Szczegół zespolenia płyty z belką a - beton monolityczny, b - płyta prefabrykowana

- W przypadku gdy płyta nad belką jest pogrubiona i ukształtowana w postaci wieńca, wówczas jego boczne płaszczyzny powinny leżeć poza płaszczyznami poprowadzonymi pod kątem  = 45° na zewnątrz od podstawy łączników (rys. 11).

- Pręty zbrojenia poprzecznego w wieńcu, przewidziane zgodnie z wymaganiami wg 5.4, powinny być usytuowane co najmniej 40 mm poniżej płaszczyzny łącznika przeciwdziałającej odrywaniu. Rozstaw tych prętów nie powinien być większy niż 4-krotny wysięg łącznika ponad to zbrojenie.

- Podłużny rozstaw łączników nie może przekraczać 600 mm ani też 4-krotnej grubości płyty. Łączniki można rozmieszczać w grupach o odpowiednio większym rozstawie, pod warunkiem uwzględnienia nierównomiernego przepływu sił ścinających, zwiększonej możliwości poślizgów i rozwarstwień pionowych.

- Odległość między brzegiem łącznika i brzegiem półki, do której jest spawany powinna być nie mniejsza niż 20 mm.

- Przestrzeń wolna z każdej strony kompletnego łącznika lub grupy łączników, niezbędna do odpowiedniego zagęszczenia betonu powinna być nie mniejsza niż 50 mm.

Rys. 13. Przykłady łączników giętkich a) sworznie z główkami, b) sworznie bez główek oraz kotwy, c) odcinki ceowników

Rys. 14. Przykłady łączników blokowych a) płytki stalowe z pętlami, b) odcinki usztywnionych kątowników oraz kotwy, c) odcinki teowników oraz kotwy. Strzałkami oznaczono właściwy kierunek nacisku betonu na łącznik

Rys. 15. Przykłady łączników kotwowych a) pręty zakończone hakami, b) pętle proste, c) pętle zagięte. Strzałkami oznaczono właściwy kierunek nacisku betonu na łącznik

Rys. 16. Łącznik sworzniowy spawany półautomatycznie za pomocą specjalnego urządzenia a) zakończenie sworznia, b) wymiary sworznia, c) zbrojenie uzwajające wokół sworznia

- Łączniki sworzniowe z główkami jak na rys. 16 powinny odpowiadać następującym warunkom:

- średnica sworznia d_c
20 mm

- długość sworznia h_c
3d_c, h_c
50 mm

- średnica główki d_cg
1,5d_c

- wysokość główki h_cg
0,4d_c

Stosunek średnicy sworznia do grubości półki stalowej, do której jest spawany nie powinien przekraczać:

1,5 - gdy półka jest rozciągana,

2,5 - gdy półka nie jest rozciągana.

Minimalny rozstaw sworzni:

5d_c - w kierunku działania siły,

4d_c - w kierunku prostopadłym.

Jeżeli wokół sworznia stosuje się zbrojenie spiralne to wymiary spirali powinny być zgodne z rys. 16.

- Łączniki blokowe, sworznie bez główek i inne rodzaje łączników przenoszących tylko ścinanie należy stosować w zestawieniu z kotwami zdolnymi do przeniesienia sił odrywających płytę od belki stalowej.

- Nie należy stosować łączników o kształcie klinowatym powodujących rozszczepianie betonu.

- Łączniki niesymetryczne zdolne do przenoszenia siły w jednym kierunku, np. kotwy pochylone, należy łączyć z belką odpowiednio do kierunku działania sił ścinających.

KONIEC

INFORMACJE DODATKOWE

1. Instytucja opracowująca normę

- Centralny Ośrodek Badawczo-Projektowy Budownictwa Ogólnego.

2. Normy i dokumenty związane

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-80/B-02010 Obciążenia w obliczeniach statycznych. Obciążenia śniegiem

PN-77/B-02011 Obciążenia w obliczeniach statycznych. Obciążenia wiatrem

PN-90/B-03000 Projekty budowlane. Obliczenia statyczne

PN-76/B-03001 Konstrukcje i podłoża budowli. Ogólne zasady obliczeń

PN-90/B-03200 Konstrukcje stalowe. Obliczenia statyczne i projektowanie

PN-84/B-03264 Konstrukcje betonowe, żelbetowe i sprężone. Obliczenia statyczne i projektowanie

PN-88/B-06250 Beton zwykły

PN-86/H-84018 Stal niskostopowa o podwyższonej wytrzymałości. Gatunki

PN-82/H-93215 Walcówka i pręty stalowe do zbrojenia betonu

Wytyczne technologiczne przyspawania sworzni FS1-16. Instytut Spawalnictwa Gliwice, 1974 r.

3. Normy zagraniczne i zalecenia międzynarodowe

CEB, ECCS, FIP, JABSE Joint Committes on Composite Structures. Draft Model Code for Composite Structures. September 1979

RFN Richtlimen fur die Bemessung und Ausfuhrung von Stahlverbundtragern, Juni 1974

Stany Zjednoczone Tentative Recommendatione for Design of Composite Beams and Girders for Buildings ACJ - ASCE Committee 333

Wielka Brytania CP 117; Par 1: 1965 Composite Construction in Structural Steel and Concrete, Simply Supported Beams in Buildings, CO 117: Part 2: 1967 Composite Construction in Structural Steel and Concrete. Beamn for Bridges.

4. Autorzy projektu normy

prof. dr hab. inż. Stanisław Kuś, mgr inż. Romuald Wilczyński, Centralny Ośrodek Badawczo-Projektowy Budownictwa Przemysłowego BISTYP.

5. Wymagania wykonawcze

Wobec braku normy na wykonanie konstrukcji zespolonych stalowo-betonowych, celowe jest kierowanie się niżej podanymi wytycznymi:

- Powierzchni elementów stalowych stykających się z betonem nie należy malować, lecz starannie oczyścić z luźnej rdzy, brudu, smaru itp. bezpośrednio przed betonowaniem.

- Płyty prefabrykowane można układać na zaprawie lub na sucho. Warstwę zaprawy o grubości nie przekraczającej 20 mm należy układać w deskowaniu. Płyty można układać na sucho, jeżeli pozwalają na to tolerancje wykonania elementów pod warunkiem zabezpieczenia stali przed korozją.

- Należy zwracać szczególną uwagę na staranne zagęszczenie betonu u podstawy łączników i w miejscach trudno dostępnych.

- Należy dążyć do ograniczenia obciążeń działających na belkę stalową w stadium montażu, a szczególnie w czasie dojrzewania betonu.

- Jeżeli stosuje się dodatkowe podparcie montażowe, to należy je utrzymywać do czasu, aż beton osiągnie wytrzymałość nie mniejszą niż 80% wytrzymałości założonej w projekcie.

- W stadium montażu należy zwracać szczególną uwagę na zabezpieczenie stateczności belki stalowej; deskowanie płyty nie może być traktowane jako usztywnienie.

- Betonową część konstrukcji należy zabezpieczyć przed korozją zgodnie z PN-80/B-01800 i PN-82/B-01801.

- Elementy stalowe nieobetonowane należy chronić przed korozją zgodnie z PN-71/H-04651, PN-73/H-04653 i normami przedmiotowymi dotyczącymi powłok ochronnych.

- Konstrukcje należy chronić przed pożarem zgodnie z Rozporządzeniem MAGTiOŚ z dnia 3 lipca 1980 r. w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki (Dz. U. Nr 17 z dnia 14.08.80).

- Spawanie łączników blokowych, kotew i pętli powinno być zgodne z warunkami technicznymi wykonania konstrukcji stalowych.

- Spawanie półautomatyczne łączników sworzniowych powinno być poprzedzone odpowiednimi próbami sprawności osprzętu spawalniczego, jakości użytych materiałów i doboru właściwych parametrów spawania. Próby spawania powinny być zweryfikowane na podstawie co najmniej jednego spośród następujących badań (na trzech próbkach) - wg rysunku:

- próba rozciągania,

- próba zginania,

- próba przeginania,

- próba gięcia uderzeniem młotka.

Poprawnie wykonany łącznik nie może ulec zniszczeniu w miejscu połączenia. Tylko po takich badaniach zaleca się spawanie sworzni do konstrukcji stalowej.

W trakcie robót jakość spoin należy sprawdzać przez oględziny. Każdy niewłaściwy łącznik należy wymienić. Przy odbiorze ~5% sworzni należy sprawdzić poprzez odgięcie o 15° uderzeniem młotka. Dźwięk i oględziny zewnętrzne nie powinny przy tym wykazać rys lub pęknięć w spoinach. Poprawnie przyspawane sworznie poddane takiej próbie mogą być pozostawione w pozycji zgiętej.

Wynikł prób i badań powinny być przedstawione w protokole końcowym.

6. Wydanie 3

- stan aktualny: uaktualniono normy związane.

Badanie poprawności przyspawania sworznia a) próba rozciągania, b) próba zginania, c) próba przeginania, d) próba gięcia uderzeniem młotka.

---