Obc środowiskowe wg Eurokodów.pdf

Jerzy Antoni ŻURAŃSKI * Mariusz GACZEK **

OBCIĄŻENIA ŚRODOWISKOWE WEDŁUG EUROKODÓW

1. Wstęp

Z dniem 31 marca 2010 roku zostały oficjalnie wycofane dotychczasowe normy

oddziaływań środowiskowych (przede wszystkim klimatycznych), zamiast nich mają być

stosowane wcześniej opublikowane trzy Eurokody: obciążenie śniegiem [1], oddziaływania

wiatru [2] i oddziaływania termiczne [3]. Informacje dotyczące współczynników

częściowych (częściowych współczynników bezpieczeństwa) i kombinacji obciążeń są

podane w Eurokodzie podstawowym [4]. Wszystkie Eurokody zostały przywołane

w Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury [5], są zatem uważane za obowiązujące. Jednakże

zgodnie z postanowieniem tego Rozporządzenia Eurokody mogą być stosowane wówczas,

gdy cały projekt jest według nich wykonany.

W marcu 2010 roku odbyło się spotkanie w Polskim Komitecie Normalizacyjnym na

temat stosowania Eurokodów. W Notatce [6] z tego spotkania napisano, że mimo wycofania

dotychczasowych Polskich Norm znajdują się one w Archiwum PKN do ewentualnego

wykorzystania.

Dotychczas brak Eurokodu dotyczącego oblodzenia konstrukcji. Jest planowane

przyjęcie normy ISO [7] jako Eurokodu, lecz nie jest jasne, kiedy to nastąpi i w jakiej

formie, dosłownej czy w jakiś sposób zmienionej.

Celem referatu jest przedstawienie trzech wymienionych norm, w tym podanie

przykładów ustalania obciążenia wiatrem budynków. Więcej informacji o charakterze

historycznym i porównawczym podano wcześniej [8].

* dr hab. inż., Instytut Techniki Budowlanej, Warszawa

** dr inż., Instytut Konstrukcji Budowlanych, Politechnika Poznańska

487

2. Obciążenie śniegiem

W październiku 2005 r. zostało opublikowane polskie wydanie normy europejskiej [1].

Składa się na nie Eurokod, przetłumaczony bez żadnych zmian, i załącznik krajowy [9].

Nowe wartości charakterystyczne, podane w załączniku krajowym, wzbudziły zastrzeżenia

po katastrofie hali MTK w Chorzowie [10], lecz nie zostały zmienione [11, 12].

W Eurokodzie wartość charakterystyczna obciążenia śniegiem dachu jest przedstawiona

wzorem

● w trwałej i przejściowej sytuacji obliczeniowej

s = Μ i C e C t s k

(1)

● w wyjątkowej sytuacji obliczeniowej, w której obciążenie śniegiem jest traktowane jako

oddziaływanie wyjątkowe

s = Μ i C e C t s Ad

(2)

● w wyjątkowej sytuacji obliczeniowej, w której wyjątkowe zaspy śnieżne traktuje się jako

oddziaływanie wyjątkowe i stosuje się załącznik B

s = Μ i s k

(3)

We wzorach tych:

Μ i – współczynnik kształtu dachu,

C e – współczynnik ekspozycji,

C t – współczynnik termiczny,

s k – wartość charakterystyczna obciążenia śniegiem gruntu,

s Ad - wartość obliczeniowa wyjątkowego obciążenia śniegiem gruntu.

Wartość obliczeniową wyjątkowego obciążenia śniegiem gruntu uzyskuje się mnożąc

wartość charakterystyczną przez współczynnik wyjątkowego obciążenia śniegiem. Podano

zalecaną wartość tego współczynnika C esl = 2,0.

Jeżeli przyjąć C e = 1,0 oraz C t = 1,0 to wzór (1) staje się tożsamy ze wzorem podanym

w dotychczasowej normie polskiej [13], inne są tylko oznaczenia.

W porównaniu z poprzednią normą ISO, a więc i z normą polską [13], w normie

europejskiej zmniejszono obciążenie jednej połaci dachu dwupołaciowego, przy

nierównomiernym rozkładzie śniegu i nieco zmieniono rozkład śniegu na dachu walcowym.

Wprowadzono dodatkowe układy obciążeń, które wzbogacają liczbę różnych przypadków

obciążenia miejscowego (nawisy, zaspy przy attykach i na przybudówce) jednak mają one

przede wszystkim zastosowanie w wyjątkowych sytuacjach obliczeniowych. Sytuacje

wyjątkowe, wprowadzone głownie na wniosek Francji, gdzie zdarzały się w przeszłości

nadzwyczaj obfite, wyjątkowe opady śniegu, podzielono na trzy przypadki:

1) wyjątkowe opady, lecz brak wyjątkowych zamieci,

2) wyjątkowe zamiecie przy braku wyjątkowych opadów,

3) wyjątkowe zamiecie przy wyjątkowych opadach.

Metoda wyznaczania obciążenia śniegiem gruntu w zależności od wysokości

nad poziomem morza jest dość złożona. Powoduje m.in. drobiazgowe zróżnicowanie

wartości charakterystycznych w zakresie niewielkich wysokości, np. do 300 m npm.

488

Takiego zróżnicowania nie ma w polskim załączniku krajowym normy [1], w którym

stałe wartości obciążenia śniegiem gruntu podano dla obszarów położonych na wysokości

do 300 m npm.

W polskim załączniku krajowym do normy europejskiej podano nowe wartości

charakterystyczne obciążenia śniegiem gruntu. Zostały one wyznaczone w wyniku analizy

danych pomiarowych ciężaru pokrywy śnieżnej, wartości maksymalnych rocznych

(zimowych) ze 115 stacji i posterunków meteorologicznych w Polsce z lat 1950/51 –

1999/2000 [14]. Do obliczania wartości charakterystycznych zastosowano rozkład

prawdopodobieństwa wartości ekstremalnych Gumbela. Przyjęto następujące zasady

postępowania [9]:

• Wartości charakterystyczne muszą mieć okres powrotu 50 lat, zgodnie

z wymaganiami normy europejskiej.

• Jeżeli będzie to możliwe to przynajmniej na pewnych obszarach Polski należy

pozostawić dotychczasowe wartości charakterystyczne obciążenia śniegiem gruntu.

• W strefach nizinnych przyjęto średnie wartości śniegiem obciążenia w strefie.

Wartości z poszczególnych stacji nie powinny się różnić od wartości średniej więcej

niż w granicach ± 15 % (w nielicznych przypadkach różnią się nieco więcej).

W górach przyjęto równania regresji, liniowej w strefach 1 i 3, a wykładniczej

w strefie 5.

Na terenach nizinnych, poniżej 300 m npm, przyjęto następujące wartości strefowe: 0,7;

0,9; 1,2 i 1,6 kN/m 2 . Dwie pierwsze są takie jak w dotychczasowej normie.

Zasięg terytorialny nowej strefy 1 (Dolny Śląsk, Ziemia Lubuska) obejmuje część dawnej

strefy 1. Ta sama wartość charakterystyczna to skutek niedokładnej oceny obciążenia

śniegiem dokonanej poprzednio z użyciem wysokości pokrywy śnieżnej, co wzbudziło

wątpliwości [10]. Zasięg terytorialny obecnej strefy 2 jest inny niż dotychczasowej.

Strefy 1 i 3 obejmują zarówno tereny położone poniżej jak i powyżej 300 m nad

poziomem morza. W strefie 1 powyżej 300 m npm leżą Sudety., w strefie 3 Karpaty

(z wyjątkiem Tatr, które należą do strefy 5), a także Jura Krakowsko – Częstochowska

i Góry Świętokrzyskie.

Nową mapę stref przedstawiono na rys. 1, a wartości charakterystyczne w tabl. 1.

Z wyjątkiem strefy 1 i niewielkiego obszaru strefy 2 nowe wartości charakterystyczne są

większe od poprzednich o ok. 30 do ok. 70 %. Mogą się jednak znaleźć niewielkie obszary,

położone na Przedgórzu Sudeckim, w dotychczasowej strefie IV, na których nowe wartości

obciążenia śniegiem gruntu są mniejsze niż dotychczasowe. Wynika to z różnicy między

poprzednią a obecną metodą wyznaczania granic wartości obciążenia śniegiem na terenach

górskich i podgórskich. Poprzednio podano granicę, wyznaczoną w sposób przybliżony linią

łukową, na południe od której, niezależnie od wysokości nad poziomem morza, powinno

być Q k ³ 0,9 kN/m 2 . Wewnątrz tej strefy znajdują się miejscowości położone na wysokości

A < 300 m npm, a zatem w tych miejscowościach jest obecnie s k = 0,7 kN/m 2 (tablica 1)

albowiem wartości s k = 0,7 kN/m 2 i s k > 0,7 kN/m 2 oddziela obecnie nie granica stref I i IV

lecz warstwica 300 m npm, która nie pokrywa się z tą dotychczasową granicą.

Wyznaczanie granic stref wiąże się bowiem niekiedy z koniecznością rozstrzygnięcia

różnych problemów.

W przypadku obciążenia śniegiem ich przyczyną jest silne zróżnicowanie wartości

obciążenia na niektórych, niewielkich obszarach. Niektóre stacje meteorologiczne

zarejestrowały znacznie większe wartości obciążenia niż stacje sąsiednie, wartości

prognozowane są więc też większe niż wartości przypisane strefie, w której dana stacja leży.

489

Są to przede wszystkim stacje peryferyjne, w pobliżu granic państwa, jak Dynów,

Międzylesie, Suwałki, Tomaszów Lubelski i Zgorzelec, trudno więc dla nich wydzielać

oddzielne strefy. Wartości charakterystyczne z tych stacji są podane w innych publikacjach

[8, 9, 14].

Duże wartości charakterystyczne, przekraczające wartość strefową, oszacowano także na

stacjach Gdańsk - Rębiechowo i w Słupsku, natomiast prawdopodobnie zbyt dużą wartość

podano dla Powiśla, tam jednak brak stacji. Najbliższe znajdują się w Elblągu

i w Prabutach.

W załączniku krajowym podano wzór na współczynnik zmienności wartości

maksymalnych rocznych obciążenia śniegiem gruntu, pozwalający na przeliczenie, według

normowego wzoru (D.1), wartości charakterystycznych z okresu powrotu 50 lat na inny

(mimo zgłaszanych zastrzeżeń [10] wzór ten jest poprawny [11]), a także wzór

na współczynnik termiczny C t (według normy ISO [15]).

Rys. 1. Podział Polski na strefy obciążenia śniegiem gruntu wg [1]

Tablic a 1. Wartości charakterystyczne obciążenia śniegiem gruntu w Polsce w g [1]

Strefa s k , kN/m 2

1 0,007 A – 1,4; s k ³ 0,70

2 0,9

3 0,006 A – 0,6; s k ³ 1,2

4 1,6

5 0,93exp(0,00134 A ); s k ³ 2,0

UWAGA: A = Wysokość nad poziomem morza (m)

W normie podano układy obciążenia i wartości współczynnika Μ dla kilku

podstawowych kształtów dachu. Są to dachy jedno i dwuspadowe, dachy wielospadowe

(pilaste) i walcowe; podano układy obciążenia dla dachów przylegających do wyższych

budynków, a także dla dachów z attykami i przeszkodami innymi niż attyki. Podano także

490

sposób obliczania obciążenia dachu od nawisów śnieżnych i obciążenia barierek

przeciwśnieżnych (przeciw ześlizgowych).

Można wyróżnić dwa główne przypadki obciążenia: obciążenie równomiernie

rozłożone, o stałej wartości współczynnika kształtu dachu i obciążenie nierównomiernie

rozłożone, przede wszystkim pod wpływem wiatru. Do obliczeń dachu jednospadowego

(jednopołaciowego) oraz dachów dwuspadowych o nachyleniu połaci do 15 0 przyjmuje się

obciążenie równomiernie rozłożone, o jednej wartości współczynnika kształtu dachu

Μ = 0,8. Pomiary wykonane po katastrofie hali MTK w Chorzowie wykazały, że w pewnych

sytuacjach może być Μ > 1,0 [16]. Ponieważ w normie europejskiej nie przewidziano

dotychczas takich wartości w Zmianie do polskiej normy [17] wprowadzono wartość

C e = 1,2 dla dachów osłoniętych od wiatru przez sąsiadujące z nimi wyższe budynki lub

wysokie drzewa.

W większości przypadków podane układy obciążenia są takie same jak

w dotychczasowej normie polskiej, ponieważ wykorzystano to samo źródło, normę

ISO [15].

3. Oddziaływanie wiatru

Europejska norma oddziaływań wiatru, wraz z załącznikiem krajowym, została

zatwierdzona we wrześniu 2008 roku [2]. Różni się ona znacznie od dotychczasowej normy

polskiej.

Model obliczeniowy obciążenia wiatrem w normie europejskiej charakteryzuje się

następującym ujęciem:

• Podstawową wartością prognozowaną, zależną od warunków klimatycznych,

jest średnia 10 minutowa prędkość wiatru, nazywana wartością podstawową bazowej

prędkości wiatru.

• Obciążenie wiatrem konstrukcji w miejscu jej lokalizacji wyznacza się przeliczając

podstawową wartość bazową ciśnienia prędkości na wartość szczytową (chwilową)

w funkcji wysokości nad poziomem gruntu. Dokonuje się tego uwzględniając

intensywność turbulencji, zależną od rodzaju terenu i wysokości nad nim.

• Podano 5 kategorii terenu. Kategorie II, II i IV odpowiadają opisowo rodzajom

terenu A, B i C w normie polskiej [2]. Kategoria 0 charakteryzuje otwarte morze,

kategoria I zaś rozległy teren całkowicie otwarty.

• Zależność prędkości od wysokości nad terenem podano w postaci wzoru

logarytmicznego.

• Obciążenie wiatrem oblicza się przyjmując wartość chwilową ciśnienia prędkości,

zwaną wartością szczytową.

• Wartość szczytową ciśnienia prędkości stosuje się zarówno do obliczeń ciśnienia

wywieranego na element ściany osłonowej jak i na całą konstrukcję nośną budowli.

W tym drugim przypadku jednak, redukuje się wartość szczytową uwzględniając

brak korelacji wartości chwilowych na obszarze całej budowli, za pomocą

współczynnika rozmiarów c s , a także zwiększa, uwzględniając właściwości

dynamiczne budowli za pomocą współczynnika dynamicznego c d . Iloczyn obydwu

współczynników, c s c d , nazwany współczynnikiem konstrukcyjnym, zawiera się

zwykle w dość wąskim zakresie od 0,85 do 1,10. W załączniku D do normy podano

wykresy współczynnika c s c d dla kilku typów budowli w zależności od ich

rozwiązania konstrukcyjnego i głównych wymiarów. Obliczenia wykonano jednak

491

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: