12_GIŻEJOWSKI.pdf

(543 KB) Pobierz
Marian
GIśEJOWSKI *
MODELE OBLICZENIOWE I METODY ANALIZY
1. Eurokodowski model bezpieczeństwa konstrukcji
Zgodnie z normą PN-EN 1990 [N2], konstrukcja powinna być zaprojektowana w
określonej klasie konsekwencji CCX, gdzie X=1,2,3 (por. teŜ [7], [15], [41]). Norma podaje
takŜe klasyfikację ze względu na kategorie projektowego okresu uŜytkowania (od 1 do 5).
Konstrukcje projektowane w określonej klasie konsekwencji mogą charakteryzować się
zróŜnicowanym projektowym okresem uŜytkowania, a takŜe w zaleŜności od rodzaju
konstrukcji i wymagań uŜytkowych, poszczególne jej elementy mogą być zaprojektowane w
wyŜszej lub niŜszej klasie konsekwencji niŜ zasadniczy ustrój nośny. Norma PN-EN 1991-
1-7 [N3] podaje przykładowe przyporządkowanie budynków do klas konsekwencji, zaleŜnie
od liczby kondygnacji i pola powierzchni zabudowy oraz sposobu ich uŜytkowania, przy
czym w klasie CC2 wyróŜnia dwie podklasy: niŜszego ryzyka CC2a oraz ryzyka wyŜszego
CC2b. W przypadku budynków przeznaczonych do więcej niŜ jednego sposobu
uŜytkowania,
klasa
konsekwencji
odnosi
się
do
sposobu
wymagającego
bardziej
rygorystycznego projektowania.
Niezawodność konstrukcji uzaleŜniona jest od kategorii projektowego okresu
uŜytkowania oraz od klasy konsekwencji, aczkolwiek w z PN-EN 1990 [N2] nie podano
szczegółowych zaleceń w zakresie relacji między kategorią projektowego okresu
uŜytkowania i klasą konsekwencji. W tabl. 1 podano orientacyjne przyporządkowanie
konstrukcji o danej kategorii projektowego okresu uŜytkowania do klasy konsekwencji.
Wprowadzono
dodatkowe
oznaczenie
kategorii
z
literą
„a”
w
celu
rozróŜnienia
*
Prof. dr hab. inŜ., Politechnika Warszawska
727
800490998.051.png 800490998.062.png 800490998.073.png
 
przyporządkowania konstrukcji o takim samym lub innym niŜ podany w normie PN-EN
1990 [N2] projektowym okresie uŜytkowania i róŜnej odporności na zagroŜenie katastrofą
postępującą, do wyŜszej lub niŜszej klasy konsekwencji (por. PN-EN 1991-1-7 [N3], PN-
EN 1993-3-1 [N10], PN-EN 1993-3-2 [N11], PN-EN 1993-6 [N12]).
Tablica 1. K l asy konsekwen c ji CCX i kategorie projektowego okresu u Ŝ ytkowania
Kategoria
projektowego
okresu
uŜytkowania
Klasa
konsekwencji
X
Projektowy
okres
uŜytkowania
Przykłady konstrukcji budowlanych i
inŜynierskich
1
2
3
4
3
5
Konstrukcje obiektów
monumentalnych, w tym mosty.
100
5a
Konstrukcje obiektów o charakterze
monumentalnym, jak stadiony
mieszczące więcej niŜ 5000 widzów,
amfiteatry i podobne.
Domy mieszkalne i budynki
uŜyteczności publicznej, które
przekraczają liczbę kondygnacji i pole
powierzchni zabudowy dla klasy CC2, a
takŜe konstrukcje obiektów
przeznaczonych do przechowywania lub
produkcji niebezpiecznych substancji.
50-100
2a,b
4
Domy mieszkalne i budynki
uŜyteczności publicznej z
przeznaczeniem na biura, hotele, szkoły,
biblioteki, szpitale i podobne, w których
ludzie przebywają okresowo lub na
stałe, z podziałem na podklasy CC2a i
CC2b.
Budynki, do których ma dostęp znaczna
liczba osób, w tym
wielkopowierzchniowe pawilony
handlowe, hale wystawiennicze i sale
widowiskowe.
50
4a
Domy prywatne do 4. kondygnacji, a
takŜe budynki rolnicze i magazynowe,
wymagające dostępu ludzi w celu stałej
obsługi, konstrukcje wsporcze suwnic.
25-50
1
3
Budynki rolnicze i magazynowe, w
których ludzie zazwyczaj nie
przebywają, w tym szklarnie i podobne.
15-30
3a
WieŜe, maszty i kominy.
30
728
800490998.001.png 800490998.002.png 800490998.003.png 800490998.004.png 800490998.005.png 800490998.006.png 800490998.007.png 800490998.008.png 800490998.009.png 800490998.010.png 800490998.011.png 800490998.012.png 800490998.013.png 800490998.014.png 800490998.015.png 800490998.016.png 800490998.017.png 800490998.018.png 800490998.019.png 800490998.020.png 800490998.021.png 800490998.022.png 800490998.023.png 800490998.024.png 800490998.025.png 800490998.026.png
cd. Tablicy 1 . Klasy konsekw e ncji i kategorie projektowego okresu u Ŝy tkowania
1
2
3
4
2
Części konstrukcji podlegające
planowej wymianie po upływie
projektowego okresu uŜytkowania
(np. tory jezdne suwnic, łoŜyska).
10-25
1
Konstrukcje tymczasowe (do
demontaŜu po upływie projektowego
okresu uŜytkowania, bez moŜliwości
ponownego zmontowania).
1-10
Podział na klasy konsekwencji uwiarygodnia zasadę przyjętą jako nadrzędną w ustawie
„Prawo budowlane”, mianowicie to, Ŝe obiekty budowlane muszą spełniać kilka
podstawowych kryteriów, wśród których najwaŜniejszym jest bezpieczeństwo konstrukcji.
Znaczenie zagadnień bezpieczeństwa konstrukcji podkreśla fakt wprowadzenia w 2009 r. do
„Warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki...” wymagań odnoszących
się do konieczności monitorowania technicznego konstrukcji budynków uŜyteczności
publicznej, w których moŜe przebywać znaczna liczba osób. WaŜnym aspektem
wskazującym na zasadność stosowania systemu monitoringu jest przyporządkowanie
obiektu do odpowiedniej klasy konsekwencji. Obowiązkowi monitorowania powinny
podlegać wszystkie obiekty projektowane w najwyŜszej klasie konsekwencji, tzn. CC3 (por.
[23]). NaleŜy rozwaŜać równieŜ instalowanie monitoringu w waŜniejszych obiektach
zaliczonych do klasy konsekwencji zniszczenia CC2. Oznacza to, Ŝe w obiektach typu hale
widowiskowe i sportowe, hale dworcowe, obiekty handlowe i wystawiennicze powinny być
stosowane urządzenia do stałej kontroli parametrów istotnych z punktu widzenia
bezpieczeństwa konstrukcji. Zgodnie z tymi wymaganiami, monitoringowi powinny
podlegać przemieszczenia, napręŜenia i odkształcenia. W praktyce kontroli podlegają na
ogół wybrane oddziaływania, przemieszczenia i odkształcenia, a na ich podstawie
odtwarzane są informacje o pozostałych parametrach zachowania się konstrukcji (por. [23]).
Ogólne wymagania i załoŜenia do monitoringu technicznego konstrukcji powinny znaleźć
się w projekcie budowlanym.
Poza sformułowanym wyŜej, zasadniczym wymaganiem prawnym odnoszącym się do
kwestii stosowania systemów monitorowania, istnieje szereg uwarunkowań wynikających z
normalizacji czy przesłanek technicznych wskazujących na zasadność monitorowania
zachowania się konstrukcji. Są one uzupełnieniem lub rozszerzeniem przytoczonego ww.
zapisu z „Warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki...”.
Istotną przesłanką do stosowania monitorowania zachowania się konstrukcji obiektu
uŜyteczności publicznej jest obowiązek przeprowadzania dwukrotnego przeglądu obiektu w
ciągu roku. Obowiązek ten dotyczy obiektów o większej powierzchni zabudowy lub
zadaszenia. Przyjęto granicę powierzchni zabudowy 2000 m 2 lub powierzchni zadaszenia
1000 m 2 . Wszystkie budynki o powierzchniach przekraczających ww. wartości graniczne
podlegają obowiązkowi dwukrotnego przeglądu. Ww. wymóg dla budynków uŜyteczności
publicznej moŜna uznać za równoznaczny z koniecznością stosowania systemu
monitorowania zachowania się konstrukcji, przy czym moŜe on mieć charakter bardziej
uproszczony niŜ w przypadku budynków w klasie konsekwencji CC3 [23].
729
800490998.027.png 800490998.028.png 800490998.029.png 800490998.030.png 800490998.031.png 800490998.032.png 800490998.033.png 800490998.034.png 800490998.035.png 800490998.036.png 800490998.037.png 800490998.038.png 800490998.039.png 800490998.040.png
Odmiennie przedstawia się sytuacja w przypadku budynków o funkcjach innych niŜ
uŜyteczność publiczna, np. hal przemysłowych, spedycyjnych, magazynowych. W tym
przypadku Ustawodawca nie nakłada obowiązku prowadzenia monitoringu. Ze względu
jednak na znaczenie gospodarcze, ekonomiczne, a często takŜe społeczne, dla wielu
waŜniejszych tego typu obiektów wskazane jest monitorowanie bezpieczeństwa ich
konstrukcji. Przyjmuje się, Ŝe zasadniczym kryterium, które stanowi podstawę kwalifikacji
obiektu do monitoringu jest jego powierzchnia wynosząca minimum 10 000 m 2 (por. [23]).
Z klasą konsekwencji związane są wymagania dotyczące odporności konstrukcji na
zagroŜenie katastrofą postępującą w sytuacji lokalnego zniszczenia wywołanego
nieprzewidywalnymi przyczynami (z ang. robustness assessment , por. [28]). Dodatkowy
podział klasy konsekwencji CC2 na podklasy CC2a i CC2b umoŜliwia róŜnicowanie
wymagań związanych z odpornością konstrukcji na zagroŜenie katastrofą postępującą przez
zastosowanie odpowiednich rozwiązań konstrukcyjnych [26]. W klasie konsekwencji CC2a
(niŜszego ryzyka) wymagane są stęŜenia poziome i zakotwienia stropów. W klasie CC2b
(wyŜszego ryzyka) wymagane jest zastosowanie układu stęŜeń poziomych i pionowych oraz
ocena stateczności i integralności konstrukcji, jak równieŜ zasięgu rozprzestrzenienia się
uszkodzenia miejscowego w sytuacji myślowego usunięcia jednego z zasadniczych
elementów nośnych ustroju. W tabl. 2 podano przyporządkowanie budynków o klasie
konsekwencji CC2 do podklasy CC2a lub CC2b według normy PN-EN 1991-1-7 [N3].
Tabl i ca 2. Podklasy w klasie ko n sekwencji CC2
Podklasa CC2a
Rodzaj budynku
Ograniczenia
Podklasa CC2b
niŜsze ryzyko
wyŜsze ryzyko
1
2
3
4
Domy prywatne
Liczba kondygnacji k
5
-
Hotele, wielorodzinne
budynki mieszkalne
Liczba kondygnacji k
k ≤ 4
4< k ≤15
Budynki biurowe
Liczba kondygnacji k
k ≤ 4
4< k ≤15
Budynki oświatowe
Liczba kondygnacji k
1
1< k ≤15
Siedziby sprzedaŜy
detalicznej
Liczba kondygnacji k
k ≤ 3
3< k ≤15
Powierzchnia podłogi
kaŜdej kondygnacji s [m 2 ]
s ≤ 1000
s ≤ 1000
Szpitale
Liczba kondygnacji k
-
k ≤ 3
Pozostałe budynki z
dostępem publicznym
Liczba kondygnacji k
k ≤ 2
k ≤ 2
Powierzchnia podłogi
kaŜdej kondygnacji s [m 2 ]
s ≤ 2000
2000< s ≤5000
Parkingi samochodowe
Liczba kondygnacji k
-
k ≤ 6
Budynki przemysłowe
Liczba kondygnacji k
k ≤ 3
-
Przy projektowaniu konstrukcji w klasie konsekwencji CC1 uwzględnia się kombinacje
podstawowe i nie uwzględnienia Ŝadnych wyjątkowych kombinacji oddziaływań
przewidywalnych i oceny ryzyka katastrofy w sytuacji oddziaływań nieprzewidywalnych.
Przy projektowaniu konstrukcji w klasie CC3 przeprowadza się szczegółową analizę
konstrukcji nie tylko w podstawowych sytuacjach projektowych, ale równieŜ systematyczną
ocenę nośności w warunkach wyjątkowych kombinacji oddziaływań przewidywalnych oraz
730
800490998.041.png 800490998.042.png 800490998.043.png 800490998.044.png 800490998.045.png 800490998.046.png 800490998.047.png 800490998.048.png 800490998.049.png 800490998.050.png 800490998.052.png 800490998.053.png 800490998.054.png 800490998.055.png 800490998.056.png 800490998.057.png 800490998.058.png 800490998.059.png 800490998.060.png 800490998.061.png 800490998.063.png 800490998.064.png 800490998.065.png 800490998.066.png 800490998.067.png 800490998.068.png 800490998.069.png 800490998.070.png 800490998.071.png 800490998.072.png 800490998.074.png 800490998.075.png 800490998.076.png 800490998.077.png 800490998.078.png 800490998.079.png 800490998.080.png 800490998.081.png 800490998.082.png
oddziaływań występujących w sytuacji miejscowego uszkodzenia w wyniku oddziaływań
nieprzewidywalnych.
Z kaŜdą klasą konsekwencji CCX stowarzyszona jest klasa niezawodności RCX, gdzie
X=1,2,3. Wymaga się, aby konstrukcja o klasie konsekwencji CCX była zaprojektowana
tak, aby wskaźnik niezawodności ustroju nośnego, po ostatecznym przyjęciu wymiarów
przekroju jej podstawowych elementów prętowych (lub blachownicowych), a takŜe
elementów złącznych i łączników węzłów, nie był niŜszy niŜ tzw. minimalna wartość
docelowego wskaźnika niezawodności dla klasy RCX. Wartość minimalnego docelowego
wskaźnika niezawodności jest uzaleŜniona od projektowego okresu uŜytkowania oraz
rodzaju stanu granicznego. Oznacza to, Ŝe np. konstrukcja w klasie konsekwencji CC1
powinna być projektowana tak, aby jej wskaźnik niezawodności był nie niŜszy niŜ
odpowiadający minimalnemu wskaźnikowi niezawodności dla klasy RC1. Zaprojektowanie
konstrukcji w klasie konsekwencji CC1 o wyŜszym wskaźniku niezawodności niŜ przyjęty
jako minimalny dla klasy niezawodności RC1, np. jak dla klas RC2 lub RC3, jest
dopuszczalne, aczkolwiek moŜe okazać się nieoptymalne z ekonomicznego punktu
widzenia.
Współczynniki częściowe wykalibrowane i zalecane w eurokodach konstrukcyjnych
odnoszą się do minimalnego wskaźnika niezawodności konstrukcji w klasie konsekwencji
CC2. Dotyczą więc kategorii 4 projektowego okresu uŜytkowania konstrukcji, tj. okresu
odniesienia 50 lat. W projektowaniu konstrukcji o innej kategorii projektowego okresu
uŜytkowania, naleŜałoby w ogólności przeprowadzić kalibrację współczynników
częściowych według procedur ujętych w normie PN-EN 1990 [N2], z uwzględnieniem
aktualnej kategorii projektowego okresu uŜytkowania konstrukcji, a następnie zastosować je
przy sprawdzaniu odpowiednich stanów granicznych. PoniewaŜ postępowanie takie jest w
praktyce utrudnione z powodu braku szczegółowych danych liczbowych, a takŜe jest
czasochłonne i wymagałoby od projektanta dobrej znajomości rachunku statystyki
matematycznej i teorii niezawodności (por. np. [6], [30], [40]), norma PN-EN 1990 [N2]
zaleca postępowanie uproszczone. W projektowaniu uwzględnia się wówczas
zmodyfikowane wartości oddziaływań przez zastosowanie mnoŜnika K FI jak następuje:
- 0,9 dla klasy konsekwencji CC1,
- 1,0 dla klasy konsekwencji CC2,
- 1,1 dla klasy konsekwencji CC3, przy czym zaleca się w tym wypadku zastosowanie
współczynnika K FI tylko do oddziaływań niekorzystnych.
Projektowy okres uŜytkowania (patrz tabl. 1) waha się w duŜych granicach, zaleŜnie od
rodzaju i sposobu uŜytkowania obiektów budowlanych i inŜynierskich. W tabl. 3
zamieszczono minimalne wartości wskaźnika niezawodności dla dwóch okresów
odniesienia, trzech stanów granicznych i dwóch kategorii uŜytkowania według norm PN-EN
1090-1 [N13] i PN-EN 1090-2 [N14]:
- SC1 (konstrukcje i ich elementy projektowane na oddziaływania przewaŜająco
statyczne) oraz
- SC2 (konstrukcje i ich elementy projektowane na oddziaływania dynamiczne).
Okres odniesienia 50 lat odpowiada konstrukcjom projektowanym w klasie
konsekwencji CC2. Podane w tabl. 3 granice zmienności docelowego wskaźnika
niezawodności dla stanu granicznego zmęczenia oznaczają, Ŝe konkretna wartość tego
wskaźnika zaleŜy od stopnia inspekcji, moŜliwości reperacji i przyjętego poziomu
tolerowania uszkodzeń.
731

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin