Obciążenia działające na konstrukcje budowlane

Zasady ustalania obciążeń i określania ich wartości podane są w normie PN-82/B-02000. Obciążenia budowli. Zasady ustalania wartości. [41].

Rozróżnia się oddziaływania:

1	Zależne od zmienności w czasie:
	a) b) c)	stałe (G), np. ciężar własny (działający przez ponad 10 lat), zmienne (Q): długotrwałe, np. obciążenie składowanymi materiałami (od 6 miesięcy do 10 lat) średniotrwałe, np. obciążenie użytkowe (od 1 tygodnia do 6 miesięcy), krótkotrwałe, np. obciążenie śniegiem (niekiedy średniotrwałe) lub wiatrem (poniżej 1 tygodnia), chwilowe, np. na skutek awarii. wyjątkowe(A), np. pożary, eksplozje lub uderzenia pojazdów,
2	Zależne od zmienności w przestrzeni:
	a) b)	nieruchome, np. ciężar własny, ruchome, np. obciążenie użytkowe, wiatrem, śniegiem itp.

Obciążenia stałe są to obciążenia, których wartość, kierunek i położenie można w okresie użytkowania budowli uznać za niezmienne.

Do obciążeń stałych zaliczane są: ciężar własny stałych elementów budowli, parcie gruntu, siły wstępnego sprężenia konstrukcji itp.

Obciążenia stałe są przedmiotem normy PN-82/B-02001. Obciążenia budowli. Obciążenia stałe.[42]

Obciążenia zmienne są obciążenia, których wartość, kierunek lub położenia mogą ulegać zmianom. Wśród nich rozróżnia się obciążenia technologiczne (wynikające ze sposobu eksploatacji) i środowiskowe (wynikające z oddziaływania środowiska).

Do obciążeń technologicznych zaliczane są między innymi obciążenia montażowe, suwnicami i dźwignicami, pojazdami, materiałami sypkimi itp.

Obciążenia technologiczne są przedmiotem norm:

• PN-82/B-02003. Obciążenia budowli. Obciążenia zmienne technologiczne. Podstawowe obciążenia technologiczne i montażowe [43].

• PN-82/B-02004. Obciążenia budowli. Obciążenia zmienne technologiczne. Obciążenia pojazdami [44].

• PN-86/B-02005. Obciążenia budowli. Obciążenia suwnicami pomostowymi, wciągarkami i wciągnikami [45].

Do obciążeń środowiskowych zaliczane są między innymi obciążenia śniegiem, wiatrem, temperaturą, od osiadania fundamentów, gruntem i wodą.

Obciążenia środowiskowe są przedmiotem norm:

• PN-80/B-02010. Obciążenia w obliczeniach statycznych. Obciążenia śniegiem [46].

• PN-77/B-02011. Obciążenia w obliczeniach statycznych. Obciążenia wiatrem [47].

• PN-86/B-02015. Obciążenia budowli. Obciążenia zmienne środowiskowe. Obciążenia temperaturą [48].

Do obciążeń wyjątkowych zaliczane są obciążenia od pożaru, wybuchu, parcia wiatru o huraganowym natężeniu itp.

Obliczania elementów konstrukcji budowlanych - niezależnie od rodzaju materiału lub materiałów użytych do ich wykonania - dokonuje się metodą stanów granicznych nośności i użytkowalności.

Sprawdzanie stanów granicznych nośności polega na wykazaniu, że w każdym miarodajnym przekroju elementu, dla każdej kombinacji oddziaływań obliczeniowych jest spełniony warunek:

S_d ≤ R_d (1)

gdzie:

S_d - siła wewnętrzna wywołana oddziaływaniami obliczeniowymi,

R_d - odpowiednia nośność elementu konstrukcyjnego obliczona przy założeniu, że wytrzymałości materiałów osiągają wartości obliczeniowe.

Sprawdzanie stanów granicznych użytkowalności polega na wykazaniu, że dla każdej kombinacji oddziaływań obliczeniowych jest spełniony warunek:

E_d ≤ C_d (2)

gdzie:

E_d - efekt oddziaływań obliczeniowych,

C_d - graniczna wartość tego efektu.

Wartości poszczególnych obciążeń określa się na podstawie norm. W normach podane są wartości obciążeń zwane charakterystycznymi, które zostały ustalone odpowiednio do przewidywanego sposobu i warunków użytkowania, a których przekroczenia w okresie użytkowania konstrukcji jest mało prawdopodobne.

Wartości rzeczywiste obciążeń działających na konstrukcje mogą się różnić od wartości charakterystycznych. Dlatego wartości obciążeń obliczeniowych w stanach granicznych nośności przyjmuje się równe iloczynom obciążeń charakterystycznych przez częściowe współczynniki bezpieczeństwa γ_ƒ uwzględniające możliwość występowania obciążeń większych lub mniejszych od obciążeń charakterystycznych. Na ogół wartości współczynnika γ_ƒ zawierają się w granicach od 1,05 do 1,4 (przy obciążeniu śniegiem).

Wartości γ_ƒ < 1,0 należy przyjmować wówczas, gdy zmniejszenie obciążenie zwiększa bezpieczeństwo konstrukcji.

Wartości obciążeń obliczeniowych w stanach granicznych użytkowalności przyjmuje się równe wartościom obciążeń charakterystycznych.

Oddziaływania na konstrukcje budowlane są także przedmiotem projektów Polskich Norm prPN-EN 1990 - Eurokod. Podstawy projektowania [55] oraz prPN-EN 1991 - Eurokod 1. Oddziaływania na konstrukcje, która składa się z następujących części:

• Część 1-1: Oddziaływania na konstrukcje. Ciężary jednostkowe, ciężary własne i obciążenia użytkowe [49].

• Część 1-2: Oddziaływania na konstrukcje. Oddziaływania na konstrukcje wystawione na działanie ognia [50].

• Część 1-3: Oddziaływania na konstrukcje. Obciążenia śniegiem [55].

• Część 1-4: Oddziaływania na konstrukcje. Obciążenia wiatrem [56].

• Część 1-5: Oddziaływania na konstrukcje. Oddziaływania termiczne [57].

• Część 1-6: Oddziaływania na konstrukcje. Obciążenia i odkształcenia spowodowane podczas wykonawstwa [58].

• Część 1-7: Oddziaływania wyjątkowe [59].

Oddziaływania w temperaturze pokojowej czyli w tzw. „stanie zimnym”

Zasada kombinacji obciążeń działających w temperaturze pokojowej została podana w części 1-1 Eurokodu 1, stanowiącej projekt Polskiej Normy prPN-EN 1991-1-1 [49].

Obliczeniowy efekt oddziaływań na element konstrukcyjny w temperaturze pokojowej wyraża się wzorem:

E_d = Σγ_G,j ⋅ G_k,j + γ_Q,1 ⋅ Q_k,1 + Σγ_Q,i ⋅ Ψ_0,i ⋅ Q_k,i (3)

gdzie:

E_d - wartość obliczeniowa efektu oddziaływań na element konstrukcyjny w temperaturze pokojowej,

γ_G,j - częściowy współczynnik bezpieczeństwa stosowany do oddziaływań stałych,

G_kj - wartość charakterystyczna oddziaływań stałych,

γ_Q,1 - częściowy współczynnik bezpieczeństwa stosowany do głównego oddziaływania zmiennego,

Q_k,1 - wartość charakterystyczna jednego (głównego) oddziaływania zmiennego,

γ_Q,i - częściowy współczynnik bezpieczeństwa stosowany do oddziaływań zmiennych,

Q_k,i - wartości charakterystyczne innych (towarzyszących) oddziaływań zmiennych.

Obciążenie od pożaru jest zaliczane do obciążeń wyjątkowych. Podczas pożaru działają również pozostałe obciążenia stałe i zmienne, chociaż w proporcjach innych niż w czasie normalnej eksploatacji budynku.

Oddziaływania w warunkach pożaru

Obciążenie od pożaru jest zaliczane do obciążeń wyjątkowych. Podczas pożaru działają również p0ozostałe obciążenia stałe i zmienne, chociaż w proporcjach innych niż w czasie normalnej eksploatacji budynku.

Zasadę kombinacji obciążeń działających w warunkach pożaru podano w części 1-2 Eurokodu 1, stanowiącej projekt Polskiej Normy prPN-EN 1991-1-2 [50].

Obliczeniowy efekt oddziaływań na element konstrukcyjny podczas pożaru wyraża się wzorem:

E_fi,d,t = ΣG_k + Ψ_1,1⋅ Q_k,1 + ΣΨ_2,1⋅ Q_k,i + ΣA_d(t) (4)

gdzie:

Efi,d,t -	efekt obliczeniowy obejmujący oddziaływania pożarowe pośrednie, obciążenia, siły i momenty zewnętrzne w sytuacji pożarowej w chwili t,
Gk -	wartość charakterystyczna oddziaływań stałych,
Qk,1 -	wartość charakterystyczna jednego (głównego) oddziaływania zmiennego,
Qk,i -	wartości charakterystyczne innych (towarzyszących) oddziaływań zmiennych,
Ad(t) -	wartość obliczeniowa (specyfikowana) oddziaływania wyjątkowego,
Ψ1,1,Ψ2,1 -	współczynniki kombinacji obciążeń według Eurokodu, (prPN-EN 1990) [55].

Można również stosować uproszczoną zasadę określania efektu obliczeniowego polegającą na przyjęciu jednego wspólnego współczynnika redukcyjnego.

Wtedy obliczeniowy efekt oddziaływań na element konstrukcyjny wyraża się wzorem:

E_fi,d,t = η_fi ⋅ E_d (5)

gdzie:

Ed -	wartość obliczeniowa oddziaływań z kombinacji podstawowej (z uwzględnieniem częściowych współczynników bezpieczeństwa γf),
Efi,d,t -	odpowiednia wartość obliczeniowa oddziaływań dla sytuacji pożarowej,
ηfi -	współczynnik redukcyjny zależny od ξ = Qk,1/Gk, który jest globalnym stosunkiem głównych oddziaływań zmiennych do oddziaływania stałego na konstrukcję,
ηfi =	(1,0 + Ψ1,1 ⋅ ξ): (γG + γQ ⋅ ξ) (6)

Tabela 1. Zalecane wartości współczynników Ψ dla budynków

Rodzaj oddziaływania		Ψ0	Ψ1	Ψ2
Kategoria	Obciążenia zmienne w budynkach (PN-EN 1991-1-1)	0,7 0,7 0,7 0,7 1,0 0,7 0,7 0	0,5 0,5 0,7 0,7 0,9 0,7 0,5 0	0,3 0,3 0,6 0,6 0,8 0,6 0,3 0
A B C D E F G H	Powierzchnie mieszkalne Powierzchnie biurowe Miejsca zebrań Powierzchnie handlowe Powierzchnie magazynowe Powierzchnie ruchu pojazdów o ciężarze ≤ 30 kN Powierzchnie ruchu pojazdów o ciężarze > 30 kN i ≤ 160 kN Dachy
Obciążenie budynków śniegiem (PN-EN 1991-1-3) Miejscowości położone na wysokości: H > 1000 m powyżej poziomu morza H ≤ 1000 m powyżej poziomu morza		0,7 0,5	0,5 0,2	0,2 0,2
Obciążenie wiatrem (PN-EN 1991-1-4)		0,6	0,2	0
Temperatura (nie pożarowa) w budynkach (PN-EN 1991-1-5)		0,6	0,5	0

W przypadku korzystania z danych tabelarycznych wzór (5) przybiera postać:

E_fi,d,t = η_fi ⋅ R_d (7)

gdzie:

R_d - nośność elementu w temperaturze pokojowej,

η_fi - poziom obciążenia dla projektowania ze względu na pożar.

4

---