POLSKI KOMITET NORMALIZACJI, MIAR I JAKOŚCI	POLSKA NORMA		PN-91/B-03302
		Konstrukcje zespolone stalowo-betonowe
						Grupa katalogowa 0702
		Obliczenia statyczne i projektowanie
		Słupy zespolone
Steel - concrete composite structures Design rules		Contruction composées acier-beton Calculs statiqes et études

UKD 624.016.7:624.012.3:69.001.2

Zgłoszona przez Ministerstwo Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa

Ustanowiona przez Polski Komitet Normalizacji, Miar i Jakości dnia 28 czerwca 1991 r. jako norma obowiązująca od dnia 1 stycznia 1992 r. (Dz. Norm. i Miar nr 8/1991, poz. 20)

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. Stadia pracy.

3.3. Obliczanie sił wewnętrznych.

3.4. Sprawdzanie stanów granicznych nośności

3.5. Sprawdzenie stanów granicznych użytkowania

4. STANY GRANICZNE NOŚNOŚCI

4.1. Ogólne zasady obliczeń

4.2. Obliczanie nośności słupów

5. STANY GRANICZNE UŻYTKOWANIA

5.1. Ugięcia słupów

5.2. Szerokość rozwarcia rys

6. WYMAGANIA I ZALECENIA KONSTRUKCYJNE

6.1. Zasady ogólne.

6.2. Zalecenia szczegółowe

7. POSTANOWIENIA PRZEJŚCIOWE

ZAŁĄCZNIK 1

ZAŁĄCZNIK 2

INFORMACJE DODATKOWE

1. WSTĘP

1.1. Przedmiot normy.

Przedmiotem normy jest obliczanie i projektowanie słupów zespolonych stalowo-betonowych oraz innych elementów zespolonych, osiowo lub mimośrodowo ściskanych w sposób statyczny.

1.2. Zakres stosowania normy.

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

1.3. Określenia

1.3.1. słup zespolony

- element konstrukcyjny osiowo lub mimośrodowo ściskany, powstały w wyniku zespolenia kształtownika stalowego z betonem współpracującym i zbrojeniem, w celu wspólnego przenoszenia obciążeń.

1.3.2. kształtownik stalowy

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

1.3.3. beton współpracujący

- beton zwykły o określonych cechach wytrzymałościowych i wymiarach przekroju poprzecznego połączony z kształtownikiem stalowym przez przyczepność, a w uzasadnionych przypadkach przez łączniki, przy udziale zbrojenia.

1.3.4. zbrojenie

- pręty podłużne i strzemiona wykonane ze stali zbrojeniowej o określonej wytrzymałości i przekroju, współprace w przenoszeniu obciążeń słupa zespolonego.

1.3.5. Pozostałe określenia

- wg PN-82/B-03300 i PN-86/B-03301.

1.4. Oznaczenia

B - sztywność przekroju zespolonego

E_a, E_b, E_s - współczynniki sprężystości: stali zbrojeniowej, betonu i stali konstrukcyjnej

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

F_a, F_b, F_s - pola przekrojów: zbrojenia podłużnego, betonu współpracującego i kształtownika stalowego

I_a, I_b, I_s - momenty bezwładności przekrojów: zbrojenia podłużnego, betonu współpracującego i kształtownika stalowego względem osi głównej przekroju zespolonego

M_d - moment zginający od obciążeń obliczeniowych

M_pc - nośność przekroju zespolonego na zginanie

N_d - siła osiowa od obciążeń obliczeniowych

N_kr - siła krytyczna przy wyboczeniu sprężystym słupa zespolonego

N_pl - nośność przekroju zespolonego na ściskanie

N_u - nośność słupa zespolonego na ściskanie

R_a, R_b, R_s - wytrzymałości obliczeniowe: stali zbrojeniowej, betonu, stali konstrukcyjnej

R_bzk - wytrzymałość charakterystyczna betonu na rozciąganie

b, b_c - szerokości przekrojów: kształtownika stalowego, słupa zespolonego

c_y, c_z - grubości otuliny kształtownika stalowego

d - zewnętrzna średnica rury stalowej, średnica pręta zbrojenia

e_y, e_z - mimośrody działania siły osiowej

f, f_m, f_u - ugięcie słupa: całkowite, w stadium montażu, przyrost po zespoleniu

h, h_c - wysokości przekrojów: kształtownika stalowego słupa zespolonego

i_y, i_z - promienie bezwładności przekroju kształtownika stalowego

l_0y, l_0z - długości obliczeniowe słupa w płaszczyznach prostopadłych do osi y i z

t - grubość ścianki przekroju kształtownika stalowego

δ - wskaźnik udziału stali konstrukcyjnej równy stosunkowi nośności na ściskanie przekroju kształtownika stalowego do nośności na ściskanie przekroju zespolonego

- - smukłość względna słupa zespolonego

_y, _z - smukłości słupa zespolonego w płaszczyznach prostopadłych do osi y i z

 - współczynnik wyboczeniowy

2. MATERIAŁY

2.1. Beton.

Do wykonania konstrukcji należy stosować beton zwykły klasy nie niższej niż B20 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-IIIN wg PN-84/B-03264.

2.3. Stal konstrukcyjna.

Do wykonania kształtowników stalowych oraz łączników należy stosować stal konstrukcyjną o gwarantowanej spawalności i wytrzymałości obliczeniowej R_{s } 350 MPa wg PN-90/B-03200.

2.4. Łączniki.

Do połączenia betonu współpracującego z kształtownikiem stalowym w uzasadnionych przypadkach należy stosować łączniki stalowe wg PN-82/B-03300.

3. ZASADY PROJEKTOWANIA

3.1. Wymagania ogólne

- wg PN-82/B-03300.

3.2. Stadia pracy.

Zakres obliczeń powinien obejmować stadium montażu - przed zespoleniem, stadium eksploatacji - po zespoleniu oraz w uzasadnionych przypadkach - stadia pośrednie.

3.3. Obliczanie sił wewnętrznych.

Siły wewnętrzne należy określać dla najniekorzystniejszych kombinacji obciążeń w stadium montażu i w stadium eksploatacji. Siły wewnętrzne w konstrukcjach statycznie niewyznaczalnych określa się zgodnie z zasadami teorii sprężystości i przy uwzględnieniu pełnej współpracy betonu.

3.4. Sprawdzanie stanów granicznych nośności

polega na wyznaczeniu miarodajnych przekrojów elementów konstrukcyjnych i wykazaniu, że występujące w nich obliczeniowe siły wewnętrzne są nie większe od nośności tych przekrojów.

Nośność przekrojów należy określać niezależnie w stadiach realizacji i w stadium eksploatacji przyjmując obliczeniowe wytrzymałości materiałów z uwzględnieniem współczynników korekcyjnych.

Nośność przekroju zespolonego należy określać przy uwzględnieniu naprężeń miejscowych, odchyłek geometrycznych, utraty sztywności na skutek skurczu, pełzania i zarysowania betonu, uplastycznienia stali i możliwości utraty stateczności. Mimośrody początkowe należy przyjmować jak dla elementu stalowego zakładając, że uwzględniają one zarówno wpływ naprężeń miejscowych jak i niedokładności geometrycznych; mimośrody te występują tylko w rozpatrywanej płaszczyźnie zginania.

Zakłada się, że zespolenie stali z betonem zachodzi aż do wyczerpania nośności przekroju; w razie potrzeby należy stosować łączniki zapobiegające rozwarstwieniu obu materiałów.

Węzły ram oraz połączenia konstrukcyjne belek ze słupami należy obliczać stosownie do przyjętego rozwiązania konstrukcyjnego wg PN-90/B-03200 lub PN-84/B-03264.

3.5. Sprawdzenie stanów granicznych użytkowania

obejmuje:

- sprawdzenie ugięć w poszczególnych stadiach pracy konstrukcji przed i po zespoleniu,

- sprawdzenie szerokości rozwarcia rys w stadium eksploatacji,

W wyniku obliczeń należy wykazać, że:

- ugięcia konstrukcji pod działaniem obciążeń charakterystycznych nie przekraczają wartości dopuszczalnych wg PN-90/B-03200,

- szerokości rozwarcia rys pod działaniem obciążeń charakterystycznych nie przekraczają wartości dopuszczalnych wg PN-84/B-03264.

4. STANY GRANICZNE NOŚNOŚCI

4.1. Ogólne zasady obliczeń

4.1.1. Założenia.

Nośność słupów zespolonych należy obliczać zgodnie z zasadami podanymi w rozdz. 3, przyjmując następujące założenia:

- przedstawiona metoda obliczeń dotyczy słupów osiowo i mimośrodowo ściskanych o przekroju poprzecznym określonym w 4.1.2 i smukłości względnej -  2 (wg 4.1.5),

- środek ciężkości przekroju zespolonego pokrywa się ze środkiem ciężkości przekroju stalowego,

- przekrój zespolony jest symetryczny względem obu osi głównych i pozostaje stały na całej długości słupa,

- momenty zginające w słupach o smukłości -  0,2 określa się wg teorii I rzędu,

- momenty zginające w słupach o smukłości 0,2 < -  2,0 określa się wg teorii II rzędu, przyjmując sztywność giętną przekroju zespolonego wg 4.1.4,

- w każdym przypadku uwzględnia się możliwość wystąpienia niezamierzonych mimośrodów przypadkowych e_{n ≥} 0,04 h₁ (h₁ - mniejszy wymiar przekroju zespolonego),

- długości obliczeniowe słupów zespolonych l₀ określa się wg zasad mechaniki budowli jak dla elementów z materiału liniowo sprężystego.

Nośność słupów zespolonych można również obliczać wg metody skróconej podanej w załączniku 1, jeżeli spełnione są założenia p. 1 załącznika.

4.1.2. Określenie przekroju poprzecznego.

Przekrój poprzeczny słupa zespolonego stalowo-betonowego składa się z przekroju kształtownika stalowego, betonu współpracującego i zbrojenia.

Rozróżnia się przekroje całkowicie obetonowane, częściowo obetonowane oraz rury okrągłe i prostokątne wypełnione betonem (rys. 1).

W przekroju zespolonym całkowicie obetonowanym grubość otuliny uwzględniana w obliczeniach powinna być zawarta w przedziale.

40 mm  c_{y } 0,4b

40 mm  c_{z } 0,3h

Przekrój zbrojenia podłużnego w słupie zespolonym, które można uwzględniać w obliczeniach, nie powinien przekraczać 3% przekroju betonu.

Rys. 1. Przekroje słupów zespolonych - oznaczenia

a) przekroje całkowicie obetonowane, b) przekroje częściowo obetonowane, c), d) rury wypełnione betonem

Przekrój poprzeczny kształtownika stalowego powinien być tak dobrany, aby wskaźnik udziału stali konstrukcyjnej δ zawarty był w granicach

0,2  δ  0,9

gdzie:

Pozostałe oznaczenia - wg 4.1.3.

Wpływ miejscowej utraty stateczności elementów stalowych może być pominięty w przekrojach całkowicie obetonowanych. W pozostałych przypadkach wpływ ten może być pominięty, jeżeli spełnione są następujące warunki

- dla prostokątnych rur stalowych

- dla okrągłych rur stalowych

- dla częściowo obetonowanych przekrojów dwuteowych

w których:

t - grubość ścianki kształtownika stalowego

h, d, b - wymiary zewnętrzne przekrojów jak na rys. 1.

4.1.3. Nośność przekrojów osiowo ściskanych.

W przypadku kształtowników obetonowanych oraz rur prostokątnych wypełnionych betonem, nośność przekroju zespolonego na ściskanie oblicza się według wzoru

N_pl = F_s R_s + 0,85 F_b R_b + F_a R_a

(1)

w którym:

F_s, F_b, F_a - pola przekrojów stali konstrukcyjnej, betonu i zbrojenia,

R_s, R_b, R_a - wytrzymałości obliczeniowe stali konstrukcyjnej, betonu i zbrojenia.

W przypadku rur okrągłych wypełnionych betonem można uwzględnić wzrost wytrzymałości betonu na ściskanie spowodowany przez ograniczenie odkształceń poprzecznych pod warunkiem, że:

 0,5

(2)

w którym:

- - smukłość względna słupa wg 4.1.5,

e_max - mimośród siły ściskającej,

d - zewnętrzna średnica słupa.

W takim przypadku nośność przekroju zespolonego na ściskanie można obliczać wg wzoru

(2)

w którym:

(3)

(4)

Wartości _s0 i _b0 dla e = 0 oblicza się wg wzorów

_s0 = 0,25 (3 + 2
) lecz  1

(5)

_b0 = 4,9 - 18,5
- + 17
² lecz ≥ 0

(6)

4.1.4. Sztywność przekroju

zespolonego, zgodnie z przyjętymi założeniami (wg 4.1.1), należy obliczyć wg wzoru

B = E_s I_s + E'_b I_b + E_a I_a

(7)

w którym:

E_s, E_a - współczynniki sprężystości stali konstrukcyjnej i zbrojeniowej,

E'_b - współczynnik odkształcenia podłużnego betonu wg PN-86/B-03301,

I_s, I_b, I_a - momenty bezwładności przekrojów stali konstrukcyjnej, betonu i zbrojenia względem osi głównej przekroju zespolonego.

4.1.5. Względna smukłość słupa.

Smukłość względną słupa zespolonego należy obliczyć wg wzoru

(8)

w którym:

N_pl - nośność przekroju zespolonego osiowo ściskanego wg 4.1.3,

B - sztywność przekroju zespolonego wg 4.1.4,

l₀ - obliczeniowa długość słupa wg 4.1.1.

4.1.6. Nośność przekrojów mimośrodowo ściskanych

określa krzywa interakcji N - M. Jako uproszczenie krzywa interakcji może być zastąpiona przez wielobok interakcji (rys. 2).

Punkty krzywej określa się przyjmując następujące założenia:

- rozkłady naprężeń w betonie i stali przyjmuje się jak na rys. 3,

- spełnione są warunki równowagi sił wewnętrznych w przekroju,

- istnieje pełna współpraca między stalą i betonem aż do osiągnięcia stanu granicznego nośności.

Rys. 2. Krzywa i wielobok interakcji N - M dla ściskania i jednokierunkowego zginania

Rys. 3. Schemat do obliczania nośności mimośrodowo ściskanego przekroju zespolonego

Ponadto przyjmuje się, że:

- siła poprzeczna Q przenoszona jest tylko przez przekrój stalowy,

- wpływ siły poprzecznej na nośność przekroju mimośrodowo ściskanego uwzględnia się zgodnie z PN-82/B-03300.

Sposób określenia wieloboku interakcji podano w załączniku 2.

4.1.7. Warunki zespolenia stali i betonu.

Słupy zespolone poddane działaniu sił podłużnych i obciążenia poprzecznego nie powinny ulec rozwarstwieniu przed osiągnięciem stanu granicznego nośności. Zespolenie kształtownika stalowego z betonem współpracującym osiąga się poprzez ograniczenie naprężeń stycznych, łączniki i zbrojenie. Łączniki między stalą i betonem nie są wymagane, jeżeli naprężenia styczne w płaszczyźnie zespolenia nie przekraczają wartości.

r = 0,6 MPa - w przypadku słupów obetonowanych,

r = 0,4 MPa - w przypadku rur wypełnionych betonem.

Naprężenia styczne można obliczać wg teorii sprężystości i przy założeniu, że beton jest niezarysowany.

Zbrojenie słupa powinno odpowiadać warunkom określonym w p. 6.

Nośność łączników należy określać wg PN-82/B-03300.

Jeżeli łączniki przytwierdzone są do środnika przekroju dwuteowego (rys. 4), a grubość półek jest nie mniejsza niż 10 mm, wówczas nośność połączenia może być zwiększona o siły tarcia równe:

na każdą półkę,

gdzie:

P_d - siła działająca na łącznik,

µ = 0,5 współczynnik tarcia.

4.2. Obliczanie nośności słupów

4.2.1. Nośność słupów osiowo ściskanych należy określić wg wzoru

N_u =  N_pl

(9)

w którym:

N_pl - nośność przekroju zespolonego osiowo ściskanego wg 4.1.3,

 - współczynnik wyboczeniowy wg PN-90/B-03200 zależny od smukłości wg 4.1.5.

Rys. 4. Łączniki spawane do środnika przekroju dwuteowego

4.2.2. Nośność słupów jednokierunkowych mimośrodowo ściskanych należy sprawdzać z warunku

M_{d } 0,9µ M_pc

(10)

w którym:

M_d - maksymalny moment zginający od obciążeń obliczeniowych,

M_pc - nośność przekroju zespolonego na zginanie, bez udziału siły osiowej wg 4.1.6.

Wartość µ (rys. 5) należy obliczyć wg wzoru

(11)

w którym:

- względna nośność przekroju na zginanie przy udziale siły osiowej N_d

- względna nośność przekroju na zginanie przy udziale siły osiowej N_u

N_d - osiowa siła ściskająca od obciążeń obliczeniowych

N_u - nośność słupa osiowo ściskanego wg 4.2.1

N_pl - nośność przekroju osiowo ściskanego wg 4.1.3

k_n - współczynnik zależny od rozkładu momentów zginających na długości słupa; w przypadku zmienności liniowej:

gdzie:

 - stosunek mniejszego do większego momentu brzegowego określony w przedziale -1    1 w innych przypadkach należy przyjmować k_n = 0

Rys. 5. Schemat do obliczenia współczynnika µ w słupach jednokierunkowo mimośrodowo ściskanych

4.2.3. Nośność słupów dwukierunkowo mimośrodowo ściskanych sprawdza się na podstawie warunków (rys. 6)

M_{dy } 0,9 µ_y M_pcy

(12)

M_{dz } 0,9µ_z M_pcz

(13)

(14)

Rys. 6. Schemat do obliczenia współczynników µ_y i µ_z oraz sprawdzenia nośności słupów dwukierunkowo mimośrodowo ściskanych

w których:

M_dy, M_dz - maksymalne momenty zginające od obciążeń obliczeniowych względem osi y i z,

M_pcy, M_pcz - nośności przekroju zespolonego na zginanie określone wg 4.1.6, niezależnie względem osi y i z,

µ_y, µ_z - współczynniki określone wg 4.2.2, niezależnie względem osi y i z.

5. STANY GRANICZNE UŻYTKOWANIA

5.1. Ugięcia słupów

w stadium montażu należy sprawdzać wg PN-90/B-03200.

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

f = f_m + f_u

(15)

w którym:

f_m - ugięcie słupa stalowego w stadium montażu od obciążeń długotrwałych,

f_u - przyrost ugięcia słupa od obciążeń uzupełniających przyłożonych po zespoleniu; sztywność przekroju zespolonego określa się wg 4.1.4.

5.2. Szerokość rozwarcia rys

prostopadłych do osi elementu należy sprawdzać w słupach mimośrodowo ściskanych z dużym mimośrodem w poziomie skrajnej warstwy zbrojenia.

Szerokość rozwarcia rys należy obliczyć wg wzoru

a_f = _{a a} l_f

(16)

Współczynnik _a należy obliczyć wg wzoru

(17)

Odkształcenie skrajnej warstwy zbrojenia rozciąganego należy obliczyć wg wzoru

(18)

w którym:

N, M - siła osiowa i moment zginający w rozpatrywanym przekroju od obciążeń charakterystycznych,

z - odległość skrajnej warstwy zbrojenia od środka ciężkości przekroju.

Odległość między rysami l_f należy obliczyć wg wzoru

(19)

w którym:

d - średnica prętów zbrojenia,

µ_a - stopień zbrojenia otuliny betonowej w strefie rozciąganej,

_f - współczynnik o wartościach:

1,0 - dla prętów gładkich,

0,7 - dla prętów żebrowanych.

6. WYMAGANIA I ZALECENIA KONSTRUKCYJNE

6.1. Zasady ogólne.

Przy projektowaniu konstrukcji zespolonych stalowo-betonowych oprócz wymagań określonych w niniejszym rozdziale obowiązują postanowienia następujących norm:

PN-90/B-03200 - w części dotyczącej elementów i połączeń stalowych,

PN-84/B-03264 - w części dotyczącej betonu i zbrojenia,

PN-82/B-03300 - w części dotyczącej łączników,

PN-86/B-03301 - w części dotyczącej określenia E_b.

Rozwiązanie konstrukcyjne, rodzaj i jakość materiałów, kształt i wymiary przekroju należy tak dobrać, aby przy uwzględnieniu warunków i technologii wykonania mogły być spełnione wymagania:

- stanów granicznych nośności i użytkowania,

- zabezpieczenia stali przed korozją,

- zabezpieczenia konstrukcji przed pożarem.

Opis sposobu i kolejności wykonania konstrukcji zespolonej należy traktować jako integralną część projektu.

W projekcie dla stadium montażu (przed zespoleniem) należy przewidzieć usztywnienia zabezpieczające konstrukcję stalową przed ogólną oraz miejscową utratą stateczności. Usztywnienia te mogą być usunięte po osiągnięciu przez beton 80% wytrzymałości projektowej.

Przemieszczenia podpór i węzłów konstrukcji w poszczególnych stadiach realizacji powinny być obliczone i kontrolowane w trakcie wykonania.

6.2. Zalecenia szczegółowe

a) Przekrój poprzeczny słupa zespolonego powinien odpowiadać warunkom określonym w 4.1.2,

b) Słupy stalowe zaleca się projektować jako jednolite, symetryczne, walcowane lub spawane, bez żeber, skratowań i przewiązek utrudniających formowanie i zagęszczanie betonu.

W rurach stalowych wypełnionych betonem należy przewidzieć otwory dla odprowadzenia pary z betonu na wypadek pożaru. Otwory należy usytuować przy końcach słupa oraz w przekrojach pośrednich w odległości nie większej niż 5 m. W każdym przekroju należy wykonać co najmniej 2 otwory, a łączna powierzchnia wszystkich otworów powinna być nie mniejsza niż 6 cm².

c) Powierzchnia stali przewidziana do zespolenia z betonem nie powinna być malowana lecz oczyszczona z luźnych produktów korozji, brudu i smarów.

d) W elementach obetonowanych w każdym przypadku należy stosować zbrojenie złożone z prętów podłużnych oraz strzemion, odpowiadające warunkom konstrukcyjnym określonym w PN-84/B-03264 dla słupów żelbetowych.

W elementach częściowo obetonowanych strzemiona powinny być spawane do słupa stalowego lub przepuszczone przez otwory nawiercone w środniku, w celu połączenia oddzielnych części betonu. W każdym przypadku zaleca się stosowanie szkieletów zgrzewanych.

e) Grubość otuliny słupa stalowego w elementach obetonowanych powinna być nie mniejsza niż 40 mm i nie mniejsza niż 1/6 szerokości półki.

f) Odstęp w świetle między słupem stalowym i podłużnym zbrojeniem uzupełniającym powinien być nie mniejszy niż 10 mm.

g) W rurach stalowych wypełnionych betonem o średnicy d  400 mm zbrojenie nie jest wymagane.

h) Połączenia słupów stalowych między sobą należy tak konstruować, aby przekazywanie sił następowało bezpośrednio ze stali na stal oraz z betonu na beton.

i) Połączenie słupów z innymi elementami powinno być jednoznacznie określone i obliczone stosownie do przyjętego rozwiązania konstrukcyjnego wg PN-90/B-03200 lub PN-84/B-03264. W przypadku gdy naprężenia styczne między stalą i betonem przekraczają wartości graniczne wg 4.1.7, należy stosować łączniki stalowe.

7. POSTANOWIENIA PRZEJŚCIOWE

Dopuszcza się stosowanie zamiast powołanej PN-90/B-03200, normę PN-80/B-03200 do dnia 31 grudnia 1992 r.

KONIEC

Załączniki 2

Informacje dodatkowe

ZAŁĄCZNIK 1

OBLICZANIE NOŚNOŚCI SŁUPÓW METODĄ SKRÓCONĄ

1. Założenia. Niniejsza metoda obliczeń dotyczy zarówno krępych jak i smukłych słupów zespolonych, osiowo i mimośrodowo ściskanych spełniających następujące założenia:

- słup określa się jako krępy, jeżeli:

gdzie:

l_0y, l_0z - długości obliczeniowe słupa w płaszczyznach prostopadłych do osi y i z,

h_c, b_c - wysokość i szerokość przekroju zespolonego;

- słup określa się jako smukły, jeżeli zachodzi co najmniej jeden z warunków

12 < _{y } 20

12 < _{z } 20

- obliczeniowe mimośrody siły osiowej określa się jako wartości maksymalne na długości słupa przy czym powinny być spełnione warunki

e_{y } 1,5h_c

e_{z } 1,0b_c

- do obliczeń należy przyjmować wartość mimośrodu nie mniejszą niż

e_y = e_z = 0,04h₁

gdzie h₁ - mniejsza z wartości h_c i b_c

- kształtownik stalowy w przekroju obetonowanym może być walcowany lub spawany o przekroju dwuteowym spełniającym następujące warunki

δ ≥ 0,5

c_y = c_{z ≥} 50 mm

w których:

δ - wskaźnik udziału stali konstrukcyjnej wg 4.1.2,

i_y, i_z - większy i mniejszy promień bezwładności przekroju stalowego,

h, b - wysokość i szerokość przekroju stalowego,

c_y, c_z - otuliny przekroju stalowego;

- w przypadku rur stalowych wypełnionych betonem przedstawiona metoda obliczeń może mieć zastosowanie tylko do słupów krępych obciążonych osiowo lub z małym mimośrodem (wg rozdz. 2).

Krępe słupy usztywnione.

Nośność słupów osiowo ściskanych (  12) występujących w układach konstrukcyjnych o węzłach nieprzesuwnych określa się wg wzorów przyjmując mniejszą z wartości

N_u = (1,03 - 0,03 _max) N_pl

(Z1-1)

N_u = 0,85N_pl

(Z1-2)

w których:

N_pl - nośność przekroju osiowo ściskanego wg 4.1.3,

_max - większa ze smukłości _y i _z

Słupy ściskane z małym mimośrodem występujące w układach o węzłach nieprzesuwnych mogą być obliczane z pominięciem mimośrodu, jeżeli:

- rozpiętości belek po obu stronach słupa różnią nie więcej niż 15%,

- belki są obliczane na obciążenie równomiernie rozłożone.

Nośność takich słupów określa się przyjmując mniejszą z wartości

N_u = (0,80 - 0,025 _max) N_pl

(Z1-3)

N_u = 0,68N_pl

(Z1-4)

3. Krępe słupy mimośrodowo ściskane.

Nośność słupów mimośrodowo ściskanych określa się wg wzorów

- przy zginaniu w płaszczyźnie większej sztywności

(Z1-5)

- przy zginaniu w płaszczyźnie mniejszej sztywności

(Z1-6)

- przy zginaniu dwukierunkowym

(Z1-7)

w których:

N_pl - nośność przekroju osiowo ściskanego wg 4.1.3

(Z1-8)

(Z1-9)

k₁ - mniejsza z wartości k_1y i k_1z

(Z1-10)

(Z1-11)

Wartości liczbowe współczynników k_1y i k_1z podano (w zaokrągleniu) w tabl. Z1-1 i Z1-2.

Tablica Z1-1. Wartości współczynnika k_1y

y	h/h0
		0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
4	1,01	1,01	1,01	1,01	1,01
5	0,98	0,98	0,99	0,99	0,99
8	0,94	0,95	0,96	0,96	0,97
10	0,90	0,91	0,92	0,94	0,95
12	0,85	0,87	0,89	0,91	0,93
14	0,81	0,83	0,86	0,88	0,91
16	0,76	0,79	0,82	0,85	0,88
18	0,71	0,75	0,78	0,82	0,85
20	0,66	0,70	0,74	0,78	0,82

Tablica Z1-2. Wartości współczynnika k_1z

z	ßz
		0,0	0,1	0,2	0,3	0,4
4	0,98	0,98	0,98	0,99	0,99
6	0,92	0,93	0,94	0,95	0,96
8	0,85	0,87	0,89	0,91	0,93
10	0,78	0,81	0,84	0,86	0,89
12	0,72	0,75	0,78	0,81	0,85
14	0,65	0,69	0,73	0,77	0,81
16	0,58	0,63	0,67	0,72	0,76
18	0,51	0,56	0,61	0,67	0,72
20	0,45	0,50	0,56	0,61	0,67

4. Słupy smukłe.

Nośność słupów obetonowanych oblicza się wg wzorów jak dla słupów krępych, zastępując wartości k₂ przez k₄ i k₃ przez k₅

(Z1-12)

(Z1-13)

w których:

_max - większa z wartości  = _z i  = 12 gdy k_{lz } k_ly

_max - większa z wartości  = 0,7_y i  = 12 gdy k_lz > k_ly

ZAŁĄCZNIK 2

OBLICZANIE NOŚNOŚCI PRZEKROJU MIMOŚRODOWO ŚCISKANEGO

Nośność przekroju mimośrodowo ściskanego dla różnych wartości siły osiowej i momentu zginającego przedstawia krzywa interakcji na rys. 2. Charakterystyczne punkty krzywej oznaczone literami ABCD określają wielobok interakcji. Współrzędne tych punktów dla przekroju symetrycznego zgodnie z przyjętymi założeniami (wg 4.1.1) określa się w następujący sposób:

- punkt A określa nośność przekroju zespolonego osiowo ściskanego

N = N_pl - wg wzoru (1)

M = 0

- punkt B określa nośność przekroju zespolonego na zginanie bez udziału siły osiowej

N = 0

M = M_pc

Położenie osi obojętnej B-B zależy w tym przypadku od kształtu i wymiarów przekroju poprzecznego betonu i stali (wymiar h_n na rys. Z2-1)

- punkt C określa nośność przekroju zespolonego na mimośrodowe ściskanie, przy czym:

N = N_pm = 0,85R_b F_b

M = M_pc

Położenie osi obojętnej C-C jest symetryczne względem osi B-B

- punkt D określa nośność przekroju zespolonego na mimośrodowe ściskanie, przy czym

N = 0,5N_pm

M = M_max

Oś obojętna D-D przechodzi w tym przypadku przez środek ciężkości przekroju.

Wartość M_max oblicza się wg wzoru

(Z2-1)

w którym: W_ps, W_pa, W_p - wskaźniki oporu plastycznego przekrojów: kształtownika stalowego, zbrojenia podłużnego, przekroju zespolonego brutto.

Wartość M_pc oblicza się wg wzoru

(Z2-2)

Wartość h_n dla przekroju jak na rys. Z2 oblicza się wg wzoru

(Z2-3)

Rys. Z2-1. Przekrój zespolony - oznaczenia

INFORMACJE DODATKOWE

1. Instytucja opracowująca normę

- Centralny Ośrodek Badawczo-Projektowy Budownictwa Ogólnego, Warszawa

2. Normy związane

PN-90/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

PN-86/B-03301 Konstrukcje zespolone stalowo-betonowe. Obliczenia statyczne i projektowanie. Belki zespolone smukłe

3. Autor projektu normy

- mgr inż. Romuald Wilczyński - Centralny Ośrodek Badawczo-Projektowy Budownictwa Przemysłowego BISTYP, przy współpracy prof. dr hab. inż. Stanisława Kusia - Politechnika Rzeszowska.

4. Dokumenty międzynarodowe wykorzystane przy opracowywaniu normy

ISO Eurocode 4. Common Unifited Rules for Composite Steel and Concrete Structures. Postanowienia dokumentu w maksymalnym stopniu wprowadzono do PN-91/B-03302.

5. Wymagania wykonawcze

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

6. Zamierzenia programowe

Niniejsza norma dotycząca słupów zespolonych stanowi kolejny etap realizacji programu prac normalizacyjnych w dziedzinie konstrukcji zespolonych stalowo-betonowych. Przewiduje się, że w przyszłości zostanie ona połączona z wcześniej ustanowionymi normami PN-82/B-03300 i PN-86/B-03301 dotyczącymi belek zespolonych i uzupełniona o problematykę płyt zespolonych na blachach fałdowych oraz obciążeń wielokrotnie zmiennych.

7. Deskryptory

0054768 konstrukcje budowlane;

0260740 projektowanie;

0052154 słupy;

øøøøøøø konstrukcje zespolone;

øøøøøøø obliczenia statyczne.

8. Wydanie 2

- stan aktualny: październik 1994 - bez zmian.

 

---