POLSKI KOMITET Normalizacji, Miar i Jakości	POLSKA NORMA	PN-86/B-03301
		Konstrukcje zespolone stalowo-betonowe	Zamiast PN-77/B-03263
				Grupa katalogowa 0702
		Obliczenia statyczne i projektowanie
		Belki zespolone smukłe
Steel - concrete composite structures Design rules	Construction composées acier - beton Calculs statiques et études

UKD 624.016.7:624.012.3:69.001.2

Zgłoszona przez Ministerstwo Budownictwa, Gospodarki Przestrzennej i Komunalnej

Ustanowiona przez Polski Komitet Normalizacji, Miar i Jakości dnia 26 maja 1986 r. jako norma obowiązująca od dnia 1 stycznia 1987 r. (Dz. Norm. i Miar nr 10/1986 poz. 19)

SPIS TREŚCI

1. WSTĘP

1.1. Przedmiot normy.

1.2. Zakres stosowania normy.

1.3. Określenia

1.4. Podstawowe 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. Obliczenie sił wewnętrznych.

3.4. Sprawdzenie stanów granicznych nośności

3.5. Sprawdzenie stanów granicznych użytkowania - wg PN-82/B-03300.

4. NOŚNOŚĆ PRZEKROJU POPRZECZNEGO

4.1. Określenie przekroju

4.2. Zginanie

4.3. Ścinanie.

4.4. Zginanie ze ścinaniem.

4.5. Wpływ skurczu betonu i różnicy temperatur.

4.6. Stateczność belek zespolonych

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 smukłych 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. belka zespolona smukła

- belka o przekroju poprzecznym ulegającym zniszczeniu w wyniku miejscowej utraty stateczności lub zwichrzenia bez zdolności jego uplastycznienia.

1.3.2. belka zespolona krępa

- belka o przekroju poprzecznym ulegającym zniszczeniu w wyniku pełnego uplastycznienia ¹.

1.3.3. obciążenie montażowe

- obciążenie elementu podstawowego przyłożone w stadium montażu.

1.3.4. obciążenie uzupełniające

- obciążenie konstrukcji przyłożone po jej zespoleniu.

1.3.5. obciążenie całkowite

- suma obciążenia montażowego i uzupełniającego.

1.3.6. Pozostałe określenia

- wg PN-82/B-03300.

1.4. Podstawowe oznaczenia

B - sztywność przekroju zespolonego,

E_a - współczynnik sprężystości stali zbrojeniowej,

E_b - współczynnik sprężystości betonu,

E'_b - współczynnik odkształcenia podłużnego betonu uwzględniający wpływ odkształceń opóźnionych,

E - współczynnik sprężystości stali konstrukcyjnej,

F_a - pole przekroju zbrojenia podłużnego płyty współpracującej,

F_b - pole przekroju poprzecznego płyty współpracującej,

F - pole przekroju poprzecznego belki stalowej,

I_b - moment bezwładności względem osi własnej przekroju F_b,

I_b - moment bezwładności przekroju strefy ściskanej betonu względem osi obojętnej x,

I - moment bezwładności względem osi własnej przekroju F,

I_a - moment bezwładności względem osi własnej łącznego przekroju stali F + F_a,

I_b - moment bezwładności przekroju zespolonego złożonego z przekroju belki stalowej i sprowadzonego przekroju płyty współpracującej,

M_a - moment zginający od obciążeń uzupełniających, obliczeniowych,

M - moment zginający od obciążeń całkowitych, obliczeniowych,

Q - siła poprzeczna od obciążeń całkowitych obliczeniowych,

R_a - wytrzymałość obliczeniowa stali zbrojeniowej,

R_b - wytrzymałość obliczeniowa betonu na ściskanie,

R_bzk - wytrzymałość charakterystyczna betonu na rozciąganie,

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

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

T - siła ścinająca w płaszczyźnie połączenia płyty współpracującej z belką stalową,

a - odległość środka ciężkości przekroju płyty współpracującej od środka ciężkości przekroju belki stalowej,

a_b - odległość środka ciężkości przekroju płyty współpracującej od środka ciężkości sprowadzonego przekroju zespolonego,

a_s - odległość środka ciężkości przekroju belki stalowej od środka ciężkości sprowadzonego przekroju zespolonego,

b_t - całkowita szerokość płyty współpracującej,

f - całkowite ugięcie belki,

f_m - ugięcie belki w stadium montażu,

f_u - ugięcie belki od obciążeń uzupełniających,

h₀ - odległość ściskanej krawędzi betonu od środka ciężkości przekroju belki stalowej,

i_s - promień bezwładności przekroju F_s,

l_H - długość wyboczeniowa pręta,

n' - stosunek E_s do E_b,

t - różnica średnich temperatur belki stalowej i płyty współpracującej,

x - wysokość strefy ściskanej betonu,

z - odległość rozpatrywanego włókna przekroju od osi obojętnej sprowadzonego przekroju zespolonego,

_d - stosunek obciążeń długotrwałych do obciążeń całkowitych,

σ_h - naprężenia ściskające w betonie,

σ - naprężenia w stali,

_sk - odkształcenie skurczowe betonu,

_t - współczynnik odkształcalności cieplnej liniowej betonu lub stali,

_p - współczynnik pełzania betonu.

2. MATERIAŁY

2.1. Beton.

Do wykonania konstrukcji należy stosować beton klas B20, B25, B30, B35, B40 o wytrzymałości i odkształcalności wg PN-84/B-03264.

2.2. Stal zbrojeniowa.

Do zbrojenia betonu należy stosować pręty ze stali klas A-0, A-I, A-II, A-III, A-III N o wytrzymałości i odkształcalności wg PN-84/B-03264.

2.3. Stal konstrukcyjna.

Do wykonania elementów podstawowych oraz łączników w konstrukcjach zespolonych stalowo-betonowych należy stosować stal konstrukcyjną o gwarantowanej spawalności i własnościach mechanicznych wg obowiązujących norm. Wytrzymałość i odkształcalność stali konstrukcyjnej należy przyjmować wg PN-80/B-03200.

2.4. Łączniki.

Do połączenia płyty współpracującej z elementem podstawowym należy stosować łączniki stalowe. Rodzaje łączników oraz ich nośność należy przyjmować wg PN-82/B-03300.

3. ZASADY PROJEKTOWANIA

3.1. Wymagania ogólne

- wg PN-82/B-03300.

3.2. Metoda i zakres obliczeń

- wg PN-82/B-03300.

3.3. Obliczenie sił wewnętrznych.

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

Przy określaniu momentów zginających, sił poprzecznych i podłużnych należy ponadto uwzględniać:

- wpływ pełzania i skurczu betonu,

- wpływ różnicy temperatur płyty betonowej i belki stalowej,

- wpływ sprężenia, wstępnego wygięcia belki, wymuszonych przemieszczeń podpór stałych w belkach ciągłych, dodatkowego podparcia belek w stadium montażu itp.

Przy sprawdzaniu stanów granicznych nośności, siły wewnętrzne określa się od obciążeń obliczeniowych, natomiast przy sprawdzaniu stanów granicznych użytkowania - od obciążeń charakterystycznych.

Wpływ wymienionych dodatkowych czynników uwzględnia się w obu grupach stanów granicznych, przyjmując w przypadku braku bliższych danych współczynniki obciążenia γ_f równe jedności.

W belkach ciągłych siły wewnętrzne od obciążeń oraz od wymienionych oddziaływań należy określić zgodnie z zasadami teorii sprężystości, uwzględniając przy zginaniu sztywność przekroju w pełni zespolonego i zakładając, że współpracująca płyta jest niezarysowana.

3.4. Sprawdzenie stanów granicznych nośności

polega na wyznaczeniu miarodajnych przekrojów konstrukcji i wykazaniu, że występujące w nich siły wewnętrzne obliczone zgodnie z 3.3 są nie większe od obliczeniowych nośności tych przekrojów. Obliczeniową nośność przekroju określa się, przyjmując obliczeniowe wytrzymałości materiałów z uwzględnieniem współczynników korekcyjnych.

W belkach zespolonych 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, ścinanie, zwichrzenie i miejscową utratę stateczności wg PN-80/B-03200 oraz sprawdzenie nośności konstrukcji wsporczych, usztywnień i elementów prefabrykowanych - wg obowiązujących norm

b) w stadium eksploatacji

- sprawdzenie nośności przekrojów zespolonych na zginanie, ścinanie, zwichrzenie i miejscową utratę stateczności wg rozdz. 4,

- sprawdzenie nośności połączeń wg rozdz. 5,

- sprawdzenie nośności płyty współpracującej wg obowiązujących norm.

3.5. Sprawdzenie stanów granicznych użytkowania - wg PN-82/B-03300.

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 (rys. 1). Przyjmuje się założenie, że istnieje pełna współpraca elementu podstawowego z płytą współpracującą.

Rys. 1. Przekrój zespolony 1 - element podstawowy, 2 - płyta współpracująca, 3 - łączniki

Ze względu na różną odkształcalność i wytrzymałość betonu i stali, do obliczeń przyjmuje się tzw. przekrój sprowadzony, który można traktować jako jednorodny. Przy określaniu przekroju sprowadzonego rozróżnia się dwa przypadki:

a) jeżeli płyta pod wpływem obciążeń zewnętrznych jest ściskana, wówczas szerokość betonowej płyty współpracującej, określona zgodnie- z PN-82/B-03300,

powinna być zmniejszona w stosunku

b) jeżeli płyta pod wpływem obciążeń zewnętrznych jest rozciągana, wówczas przekrój betonu powinien być pominięty, a przekrój w pełni zakotwionego i obetonowanego zbrojenia podłużnego płyty współpracującej - włączony do przekroju sprowadzonego.

Współczynnik E'_b należy przyjmować odpowiednio do charakteru i długotrwałości obciążenia:

- w przypadku obciążeń krótkotrwałych i wpływu temperatury

E'_b = E_b

(1)

- w przypadku obciążeń długotrwałych

(2)

- gdy stosunek obciążeń długotrwałych do obciążeń całkowitych wynosi _d

(3)

- w przypadku skurczu betonu

(4)

przy czym współczynniki  i _sk należy przyjmować wg tablicy lub obliczać wg wzorów:

(5)

(6)

w których:

(7)

e - podstawa logarytmu naturalnego.

Wartości współczynników  i _sk

ρ p		sk
0,00	1,000	0,500
0,05	1,025	0,504
0,10	1,052	0,508
0,15	1,079	0,513
0,2	1,107	0,517
0,25	1,136	0,521
0,30	1,166	0,525
0,35	1,197	0,529
0,40	1,229	0,533
0,45	1,263	0,537
0,50	1,297	0,541

4.1.2. Przekrój belki stalowej

uważany jest za część belki zespolonej smukłej, jeżeli:

- strefa ściskana nie jest usztywniona płytą współpracującą (np. w strefie działania momentu ujemnego) lub gdy oś obojętna przekroju leży w obrębie środnika belki,

- wymiary przekroju poprzecznego belki stalowej spełniają warunki (rys. 2):

(8)

(9)

(10)

w których:

 - stosunek ściskanej części środnika do całkowitej wysokości środnika belki stalowej,

R_s - wartość określona w MPa.

Rys. 2. Przekroje elementów podstawowych, oznaczenia wymiarowe

4.1.3. Przekrój płyty współpracującej

- wg PN-82/B-03300.

4.2. Zginanie

4.2.1. Zasady ogólne.

Nośność na zginanie należy sprawdzać w przekrojach miarodajnych do obliczeń, rozróżniając:

- przekroje z płytą ściskaną,

- przekroje z płytą rozciąganą zgodnie z następującymi zasadami:

a) miarą wytężenia przekroju zespolonego na zginanie są naprężenia całkowite w stali i betonie, określone przy założeniu sprężystego stanu konstrukcji,

b) przy obliczaniu naprężeń całkowitych w przekroju zespolonym obowiązuje zasada superpozycji naprężeń, zgodnie z którą:

- naprężenia w belce stalowej powstałe przed zespoleniem sumują się z naprężeniami powstającymi w tej belce po zespoleniu,

- naprężenia w betonie i zbrojeniu płyty współpracującej powstają w przekroju zespolonym od obciążeń i innych wpływów przyłożonych po zespoleniu.

Zgodnie z przyjętymi zasadami sprawdzenie nośności przekroju zespolonego na zginanie polega na wykazaniu, że spełnione są następujące warunki:

- naprężenia rozciągające w belce stalowej nie przekraczają obliczeniowej wytrzymałości stali R_s,

- naprężenia ściskające w belce stalowej, pomnożone przez odpowiednie współczynniki ze względu na zwichrzenie lub miejscową utratę stateczności (p. 4.6), nie przekraczają obliczeniowej wytrzymałości stali R_s,

- naprężenia w zbrojeniu płyty współpracującej nie przekraczają obliczeniowej wytrzymałości stali na rozciąganie i ściskanie R_a,

- naprężenia ściskające w betonie nie przekraczają obliczeniowej wytrzymałości betonu na ściskanie R_b.

4.2.2. Przekroje z płytą ściskaną.

Naprężenia od obciążeń uzupełniających należy obliczać wg wzorów:

(11)

(12)

przy czym n' - wg 4.1.1.

Charakterystyki geometryczno-statyczne sprowadzonego przekroju zespolonego określa się zgodnie z 4.1.1, jak w elementach jednorodnych, przyjmując następujące założenia:

a) przekrój płyty współpracującej jest zgodny z PN-82/B-03300,

b) pomija się wytrzymałość betonu na rozciąganie,

c) naprężenia w betonie i stali są liniową funkcją odkształceń,

d) obowiązuje zasada płaskich przekrojów.

Rozróżnia się dwa przypadki usytuowania osi obojętnej przekroju zespolonego:

- w obrębie płyty współpracującej (rys. 3),

- poza płytą współpracującą (rys. 4).

Rys. 3. Schemat do obliczenia nośności przekroju zespolonego z płytą częściowo ściskaną

Rys. 4. Schemat do obliczenia nośności przekroju zespolonego z płytą całkowicie ściskaną

B - środek ciężkości przekroju płyty betonowej, S - środek ciężkości przekroju belki stalowej, C - środek ciężkości sprowadzonego przekroju zespolonego

Jeżeli oś obojętna przekroju zespolonego usytuowana jest w obrębie płyty współpracującej, wówczas w ogólnym przypadku wartość x wyznacza się z równania

S_bx = n'F_s (h₀ - x)

(13)

Moment bezwładności przekroju zespolonego oblicza się wg wzoru

(14)

natomiast wartość z_b0 określa się zgodnie z zależnością

(15)

W przypadku prostokątnego kształtu ściskanej strefy betonu, położenie osi obojętnej  oblicza się wg wzoru

(16)

w którym

natomiast moment bezwładności przekroju zespolonego wg wzoru

(17)

Jeżeli oś obojętna przekroju zespolonego usytuowana jest poza płytą, wówczas odległość tej osi od środka ciężkości przekroju stalowego oblicza się wg wzoru

(18)

natomiast moment bezwładności sprowadzonego przekroju zespolonego wg wzoru

(19)

4.2.3. Przekroje z płytą rozciąganą.

Naprężenia w belce stalowej oraz w zbrojeniu płyty współpracującej od obciążeń uzupełniających należy obliczać przy założeniu, że beton jest zarysowany (rys. 5) - zgodnie z wzorem

(20)

4.3. Ścinanie.

Nośność na ścinanie należy sprawdzać w przekrojach miarodajnych do obliczeń przy założeniu, że całkowita siła poprzeczna Q przenoszona jest przez przekrój belki stalowej.

Naprężenia styczne stanowiące podstawę sprawdzenia nośności na ścinanie i stateczność miejscową należy obliczać zgodnie z PN-80/B-03200.

Rys. 5. Schemat do obliczania nośności przekroju zespolonego z płytą rozciąganą

4.4. Zginanie ze ścinaniem.

W przypadku jednoczesnego obciążenia przekroju belki zespolonej momentem zginającym i siłą poprzeczną sprawdzenie nośności przekroju polega na obliczeniu naprężeń normalnych wg 4.2, naprężeń stycznych wg 4.3 oraz naprężeń zastępczych wg PN-80/B-03200.

4.5. Wpływ skurczu betonu i różnicy temperatur.

Naprężenia w betonie i stali wywołane skurczem betonu lub różnicą temperatur belki stalowej i płyty współpracującej, określa się zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 6.

Rys. 6. Schemat do obliczania naprężeń w przekroju zespolonym od skurczu betonu lub różnicy temperatur płyty i belki stalowej a) przekrój przęsłowy (z płytą ściskaną), b) przekrój podporowy (z płytą rozciąganą)

Wymiary oraz charakterystyki geometryczno-statyczne przekrojów przęsłowych oraz podporowych wyznacza się zgodnie z 4.1.1. Zwroty sił przedstawione na rys. 6 dotyczą skurczu betonu lub oziębienia płyty względem belki stalowej; w przypadku ogrzania płyty należy przyjąć zwroty przeciwne.

Wartości sił N należy obliczać wg wzorów

- w przypadku skurczu betonu

(21)

- w przypadku różnicy temperatur

(22)

w których E'_b wg 4.1.1.

Wartość momentu zginającego M, towarzyszącego sile osiowej N w rozpatrywanym przekroju, należy obliczać odpowiednio do schematu statycznego belki i wartości momentów brzegowych M₁ = N_ab (rys. 7). W belkach swobodnie podpartych M = M₁.

Rys. 7. Schemat obciążeń belki ciągłej a) w przypadku skurczu betonu lub oziębienia płyty, b) w przypadku ogrzania płyty

Zgodnie z powyższym schematem naprężenia normalne w belce stalowej oblicza się jak w przypadku mimośrodowego ściskania przekroju zespolonego. Naprężenia normalne w betonie lub zbrojeniu płyty współpracującej oblicza się w wyniku superpozycji naprężeń od mimośrodowego ściskania przekroju zespolonego i osiowego rozciągania betonu lub zbrojenia płyty współpracującej.

Obliczone wartości naprężeń należy sumować z odpowiednimi wielkościami od obciążeń i innych oddziaływań zewnętrznych, jeżeli ich wpływ na konstrukcję jest niekorzystny; w przeciwnym przypadku należy je pomijać.

Siły rozwarstwiające między płytą betonową i belką stalową od skurczu betonu lub różnicy temperatur należy przyjmować na przeciwległych końcach belki, zgodnie z rozkładem trójkątnym jak na rys. 8. Długość podstawy trójkąta przyjmuje się równą szerokości płyty współpracującej.

Rys. 8. Rozkład sił rozwarstwiających przy końcach belki od skurczu betonu lub oziębienia płyty współpracującej

Zwrot siły T, pokazany na rysunku dotyczy skurczu betonu lub oziębienia płyty względem belki. Wartości wypadkowej sił rozwarstwiających należy obliczać wg wzoru

(23)

w którym:

N - siła określona wg wzoru (21) albo (22) lub suma tych sił,

p' - współczynnik, którego wartość oblicza się wg wzoru

(24)

W belkach ciągłych (rys. 7) należy dodatkowo uwzględniać siły rozwarstwiające związane z występowaniem sił poprzecznych od momentów brzegowych M₁.

4.6. Stateczność belek zespolonych

4.6.1. Stateczność miejscowa.

Belki zespolone stalowo-betonowe o smukłym przekroju poprzecznym poddane zginaniu, ściskaniu, ścinaniu lub działaniu naprężeń złożonych, należy zabezpieczyć przed możliwością miejscowej utraty stateczności. Zabezpieczenie elementów cienkościennych przed wyboczeniem miejscowym polega na ich odpowiednim użebrowaniu i wykazaniu, że naprężenia maksymalne od obciążeń obliczeniowych pomnożone przez odpowiednie współczynniki m_sn i m_st wg PN-80/B-03200 są nie większe od obliczeniowej wytrzymałości stali. Wartości naprężeń w przekrojach miarodajnych do obliczeń, stanowiące podstawę do sprawdzenia stateczności miejscowej elementu, należy obliczać zgodnie z 4.2, 4.3, 4.5.

4.6.2. Zwichrzenie.

Belki ciągłe w strefie działania momentu ujemnego, w których ściskana część przekroju nie jest usztywniona płytą żelbetową, należy sprawdzić na zwichrzenie czyli możliwość utraty płaskiej postaci zginania. Zabezpieczenie belki przed zwichrzeniem polega na odpowiednim usztywnieniu ściskanej części przekroju i wykazaniu, że spełniony jest warunek

σ₁ m_u
R_s

(25)

w którym:

σ₁ - maksymalne naprężenie ściskające w pasie dolnym od obciążeń obliczeniowych,

m_u - współczynnik wyboczeniowy określony wg PN-80/B-03200 jak dla pręta osiowo ściskanego o przekroju F_s/2 i długości wyboczeniowej l_H przy wyboczeniu z płaszczyzny środnika belki.

Jako długość wyboczeniową pręta l_H należy przyjmować rozstaw tężników zapobiegających wyboczeniu pasa dolnego (rys. 9), a w przypadku ich braku wartość obliczeniową wg wzoru

(26)

jednak nie większą niż długość ściskanej nieusztywnionej części belki, przy czym:

Rys. 9. Sposoby zabezpieczenia ściskanej części belki przed zwichrzeniem w strefie działania momentu ujemnego a) tężniki, b) żebra pionowe środnika

I_sy - moment bezwładności dolnej połowy przekroju belki stalowej względem pionowej osi y (rys. 10),

Rys. 10. Schemat oznaczeń do wzoru (26)

C - sztywność ośrodka sprężystego, czyli siła pozioma na jednostkę długości belki przyłożona w środku ciężkości dolnej połowy przekroju belki stalowej, wywołująca na kierunku swego działania przemieszczenie jednostkowe, którą należy obliczać wg wzoru

(27)

w którym:

l₁- osiowy rozstaw belek stalowych,

z₁ - odległość między środkami ciężkości przekrojów: płyty współpracującej i dolnej połowy przekroju belki stalowej,

I_b1 - moment bezwładności przekroju płyty betonowej na jednostkę długości belki,

I_ż1 - moment bezwładności przekroju żeber pionowych środnika na jednostkę długości belki,
; w przypadku braku żeber pionowych - moment bezwładności przekroju środnika na jednostkę długości belki,

Żebra należy stosować zgodnie z PN-80/B-03200.

Ściskaną część belki stalowej można uważać za skutecznie zabezpieczoną przed zwichrzeniem, jeżeli elementy konstrukcyjne zabezpieczające stateczność (tężniki lub żebra pionowe środnika, płyta żelbetowa i połączenia płyty z belką) zostały dodatkowo sprawdzone na działanie sił i momentów wynikających z obciążenia poziomego q_c, którego wartość na jednostkę długości belki wynosi

(28)

Należy przyjmować, że obciążenie q_c działa w poziomie środka ciężkości dolnej połowy przekroju belki stalowej prostopadle do płaszczyzny środnika.

5. PROJEKTOWANIE POŁĄCZEŃ ŚCINANYCH

5.1. Zasady ogólne

- wg PN-82/B-03300.

5.2. Nośność łączników

- wg PN-82/B-03300.

5.3. Połączenie płyty z belką

- wg PN-82/B-03300 z zastrzeżeniem, że:

- wartość granicznej siły ścinającej T oblicza się od obciążeń uzupełniających, skurczu betonu, różnicy temperatur oraz innych oddziaływań przyłożonych po zespoleniu,

- łączniki rozmieszcza się na długości belki proporcjonalnie do rozkładu siły ścinającej.

5.4. Zbrojenie poprzeczne

- wg PN-82/B-03300.

6. STANY GRANICZNE UŻYTKOWANIA

6.1. Ugięcia belek

6.1.1. Zasady obliczeń.

Ugięcia belek w stadium montażu należy sprawdzać wg PN-80/B-03200.

Ugięcia belek zespolonych w stadium eksploatacji należy obliczać zgodnie z zasadami mechaniki budowli, sumując ugięcia powstałe w stadium montażu z przyrostem ugięć po zespoleniu wg wzoru

f = f_m + f_u

(29)

w którym:

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

f_u - przyrost ugięcia belki od obciążeń uzupełniających i innych oddziaływań (skurcz, temperatura itd.) przyłożonych po zespoleniu; sztywność przekroju zespolonego określa się przy tym wg 6.1.2.

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 przez redukcję momentów podporowych o 15% i odpowiednie zwiększenie towarzyszących momentów przęsłowych.

Obliczone ugięcia belek nie powinny przekraczać wartości uznanych za dopuszczalne wg PN-80/B-03200.

6.1.2. Sztywność przekroju zespolonego.

Przy obliczaniu ugięć przyjmuje się sztywność przekroju zespolonego wg wzoru

B = E_s I_sb

(30)

w którym I_sb - wg 4.2.2.

6.2. Szerokość rozwarcia rys

prostopadłych do osi elementu należy sprawdzać w przekrojach podporowych belek ciągłych na poziomie skrajnej warstwy zbrojenia rozciąganego.

Szerokość rozwarcia rys oblicza się wg wzoru

a_f = _a _a l_f

(31)

Współczynnik _a oblicza się wg wzoru

(32)

w którym N_uk - siła rozciągająca w płycie od obciążeń charakterystycznych i innych oddziaływań (skurcz, temperatura) przyłożonych po zespoleniu.

Odkształcenie _a skrajnej warstwy zbrojenia rozciąganego oblicza się wg wzoru

(33)

w którym:

M_ukd - moment podporowy od długotrwałych obciążeń charakterystycznych i innych oddziaływań długotrwałych, przyłożonych po zespoleniu,

z - odległość skrajnej warstwy zbrojenia od środka ciężkości łącznego przekroju stali F_s + F_a.

Odległość między rysami l_f oblicza się wg wzoru

(34)

w którym:

u_a - suma obwodów prętów zbrojenia podłużnego płyty współpracującej,

_f - współczynnik o wartościach:

1,0 - dla prętów gładkich,

0,7 - dla prętów żebrowanych.

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

7. ZASADY KONSTRUKCYJNO-WYKONAWCZE

7.1. Konstrukcja belek.

Belki zespolone stalowo-betonowe projektuje się jako belki jednoprzęsłowe swobodnie podparte lub ciągłe stanowiące części konstrukcji stropów lub oddzielne elementy konstrukcyjne. Każda belka zespolona składa się z belki stalowej zwanej elementem podstawowym, płyty współpracującej z betonu zbrojonego oraz łączników stalowych przyspawanych do belki i zakotwionych w betonie płyty.

Belki stalowe o smukłym przekroju poprzecznym wykonywane są najczęściej jako elementy pełnościenne spawane z blach o wzmocnionym pasie dolnym. Przy projektowaniu takich belek należy zwracać szczególną uwagę na ich zabezpieczenie przed miejscowy utratą stateczności i zwichrzeniem. Środnik belki powinien być użebrowany w przekrojach podpór stałych i montażowych oraz wszędzie tam, gdzie jest to obliczeniowo uzasadnione. Przekroje podporowe powinny być zabezpieczone przed skręceniem. Ściskane, nieusztywnione części belek ciągłych (w strefie działania momentu ujemnego) powinny być zabezpieczone przed zwichrzeniem za pomocą tężników lub dodatkowych żeber środnika utwierdzonych pośrednio dzięki zespoleniu w płycie współpracującej.

Warunki konstrukcyjne dotyczące długości oparcia belek, minimalnych wymiarów żeber usztywniających i połączeń należy przyjmować wg PN-80/B-03200.

Płyta współpracująca w przekroju zespolonym powinna być zaprojektowana zgodnie z PN-84/B-03264. Grubość płyty nie może być mniejsza niż 50 mm. W przypadku pogrubienia płyty nad belką powinien być spełniony warunek
(rys. 11). Płyta powinna mieć zbrojenie podłużne i poprzeczne o przekroju nie mniejszym niż minimalny zgodnie z PN-82/B-03300.

Rys. 11. Przekrój płyty współpracującej ze skosami, minimalny przekrój betonu u otoczeniu łączników, oznaczenia wymiarowe

7.2. Łączniki i zbrojenie poprzeczne

- wg PN-82/B-03300.

KONIEC

INFORMACJE DODATKOWE

1. Instytucja opracowująca normę

- Centralny Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Budownictwa Ogólnego.

2. Normy i dokumenty związane

PN-80/B-03200 Konstrukcje stalowe. Obliczenia statyczne i projektowanie

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

PN-82/B-03300 Konstrukcje zespolone stalowo-betonowe. Obliczenia statyczne i projektowanie. Belki zespolone krępe

3. Normy zagraniczne i zalecenia międzynarodowe

ISO Eurocode 4. Composite Steel and Concrete Structures. First draft, October 1984

RFN Richtlinien für die Bernessung und Ausluhtung von Stahlverbundtragen, Juni 1974

Stany Zjednoczone Tentative Recommendatione for Design of Composite Beams and Girders for Buildings A01 - ASCE Committee 333

Wielka Brytania CP 117: Part 1: 1965 Composite Construction in Structural Steel and Concrete, simply supported Beams in Buildings. CP 117: Part 2: 1967 Composite Construction in structural steel and Concrete. Beams for Bridges.

4. Autor projektu normy

- mgr inż. Romuald Wilczyński, Centralny Ośrodek Badawczo-Projektowy Budownictwa Przemysłowego BISTYP.

5. Wymagania wykonawcze

- wg Informacji dodatkowych do PN-82/B-03300.

6. Zamierzenia programowe

Niniejsza norma dotycząca belek zespolonych smukłych stanowi kolejny etap realizacji programu prac normalizacyjnych w dziedzinie konstrukcji zespolonych stalowo-betonowych. Przewiduje się, że w przyszłości zostanie ona połączona z wcześniej ustanowioną PN-82/B-03300 dotyczącą belek zespolonych krępych i uzupełniona o problematykę obciążeń wielokrotnie zmiennych.

1 Obliczanie i projektowanie belek zespolonych krępych podano w PN-82/B-03300.

---