Projektowanie konstrukcji stalowych według Eurokodów.
wydawnictwo: Polskie Wydawnictwo Techniczne PWT
ISBN:[zasłonięte]978-83615-08-8
wydanie: 2013
format: 165x235 mm, str. 537, oprawa miękka
PROJEKTOWANIE KONSTRUKCJI STALOWYCH WEDŁUG EUROKODÓW. Podręcznik Inżyniera.
Polskie Normy projektowania konstrukcji stalowych zostaną wycofane przez PKN z dniem 31 marca 2010 roku i zastąpione przez zestaw norm PN-EN 1993-1. Do ich stosowania jest także konieczna znajomość podstawowych postanowień, zawartych w normie oceny bezpieczeństwa konstrukcji budowlanych PN-EN 1990 i w normach obciążeń tych konstrukcji PN-EN 1991. Aby pomóc projektantom w prawidłowym posługiwaniu się tymi normami, kilka ośrodków akademickich rozpoczęło szkolenia projektantów. Także w miesięczniku „Inżynieria i Budownictwo" od roku ukazują się artykuły na temat wybranych zagadnień konstrukcyjnych, ilustrowane szczegółowymi przykładami obliczeń. Autorzy niniejszego opracowania przygotowują podręcznik projektowania konstrukcji stalowych według PN-EN 1993-1.
Biorąc pod uwagę potrzebę szybkiego udostępnienia tego podręcznika i uwzględniając sugestie przedsiębiorstw, a zwłaszcza firmy „Instal Białystok S.A." jako sponsora niniejszego opracowania, autorzy i Wydawca postanowili opublikować dotychczas opracowaną wersje podręcznika jako materiały szkoleniowe na prawach rękopisu, aby szybko udostępnić Użytkownikom wspomnianych norm kompendium, zawierające całościowe, najważniejsze informacje do projektowania podstawowych elementów konstrukcji stalowych zgodnie z PN-EN.
Jednocząca się gospodarczo od pięćdziesięciu lat Europa wkracza powoli w następny etap swojego rozwoju, dokonując ujednolicenia legislacyjnego o różnym charakterze. Mając przede wszystkim na względzie zmniejszenie ograniczeń we wzajemnym przenikaniu się produktów, wprowadza się regulacje prawne, które nie tylko ułatwiają handel, transformację technologii i techniki, przenoszenie się kapitału i zatrudnienia, lecz stymulują dalszy rozwój gospodarki już nie na poziomie poszczególnych państw, ale zjednoczonej gospodarki europejskiej we wszechstronnych jej aspektach ekonomicznych i socjalnych.
W interesującej nas problematyce budownictwa (w tym oczywiście także konstrukcji stalowych) podjęto szereg postanowień, których realizacja doprowadzi do wspólnie działającego rynku budowlanego, rozumianego jako oferowanie produktów i usług w ujednoliconej formie, akceptowanej zarówno przez odpowiednie do tego organizacje państwowe, jak też przedsiębiorstwa i osoby fizyczne, i nie wymagającej dodatkowych zabiegów formalnych, gdyż odbywającej się w ramach tej samej procedury prawnej.
W zakresie projektowania, które przecież musi najpierw zaistnieć, aby później powstał produkt, a nawet usługa i wreszcie ich fizyczna realizacja, najważniejszą rolę odgrywają normy projektowania, powiązane z normami warunków wykonania i odbioru tych produktów. Wspólne, podstawowe wymagania są niezbędne do prawidłowego i bezkolizyjnego funkcjonowania rynku budowlanego.
Europejski Komitet Normalizacji (CEN = Comite Europeen de Normalisation), praktycznie rzecz biorąc, w 1990 r. przejął działalność międzynarodową od wcześniejszych organizacji, takich jak ISO (International Standard Organization) lub ECCS (European Committee for Constructional Steelwork) i na potrzeby konstrukcji budowlanych przygotowuje szereg norm projektowania i wykonania, dotyczących przede wszystkim podstaw projektowania (EC), obciążeń (EC1), konstrukcji betonowych i żelbetowych (EC2), konstrukcji stalowych (EC3), konstrukcji zespolonych stalowo-betonowych (EC4), konstrukcji aluminiowych (EC9) i innych. Prace nad tymi normami, nazywanymi Eurokodami, trwają już od wielu lat, przy czym każdy z tych Eurokodów składa się zazwyczaj z wielu części, odnoszących się do podstawowych, wspólnych reguł oraz do zasad projektowania poszczególnych rodzajów konstrukcji (np. mostów, kominów, zbiorników, wież, masztów itp.). Wspólne przyjęcie poszczególnych Eurokodów i ich części pozostaje na różnym poziomie. CEN opublikował już [180] do [187]. Są to normy dotyczące podstaw projektowania i obciążeń. W chwili obecnej opublikowano z Eurokodu 3 jego części [188] do [198], dotyczące ogólnych zasad projektowania budynków o konstrukcjach stalowych, ich bezpieczeństwa pożarowego, projektowania węzłów, wytrzymałości pod obciążeniami powodującymi zmęczenie oraz doboru stali na konstrukcje.
Norma PN-EN 1993 powinna być stosowana wraz z normami: PN-EN 1990 - Podstawy projektowania konstrukcji, PN-EN 1991 - Oddziaływania na konstrukcje oraz z normami od PN-EN 1992 do PN-EN 1996, odnoszących się do projektowania konstrukcji budowlanych wykonanych z innych materiałów.
W niektórych krajach zostały już opublikowane poradniki, mające przygotować inżynierów do stosowania Eurokodu 3 (także innych) w okresie, który pozostał do wprowadzenia jej jako normy obowiązującej. Także uczelnie techniczne prowadzą zajęcia dla studentów i kursy podyplomowe dla inżynierów, aby zapoznać ich z normami i przygotować do stosowania. W Polsce taki poradnik został wydany przez Politechnikę Białostocką w roku 2003. Na uczelniach technicznych w Polsce, w niektórych wydziałach budowlanych, studenci również podlegają kształceniu zwykle w ramach przedmiotów fakultatywnych, wybieranych przez chętnych zapoznania się z nimi.
Trzeba przyznać, że sami pracownicy naukowo-dydaktyczni na ogół nie są admiratorami norm europejskich, przede wszystkim za jej formułowania zaleceń. Pamiętając, z jakimi zastrzeżeniami, niechęcią, a nawet kłopotami była przyjmowana edycja PN/B-03200 z roku 1990 w okresie jej dwuletniej karencji, można przypuszczać, że stosowanie w niedalekiej przyszłości Eurokodu 3 spowoduje reakcje wśród projektantów jeszcze bardziej nieprzychylne. Jedni, być może, będą przerażeni nowymi wymaganiami i zaleceniami, drudzy oszołomieni, że ich dotychczasowa praktyka (a raczej rutyna) staje się mniej przydatna, inni niespokojni ilością nowej pracy w niepewnych warunkach wydajności, zarobków i prawidłowego rozumienia nowej normy i wreszcie jeszcze inni koniecznością jej nauczenia się podczas wykonywania zawodu projektanta. Trzeba stwierdzić, że te wszystkie ewentualne zastrzeżenia, wątpliwości i kłopoty nie mają tak naprawdę realnych podstaw.
Studenci są w komfortowej sytuacji, gdyż zdobywają dopiero wiedzę, a rutyny jeszcze nie nabyli i jest im łatwo, na ile chcą, przyswoić nową porcję wiedzy. Jeżeli chodzi o inżynierów -praktyków, to znajdują się w sytuacji mniej dla nich przychylnej. Życie toczy się jednak ciągle wśród przemian i nie należy na nie narzekać, lecz za nimi podążać. Trzeba więc znów włożyć ; nieco wysiłku, jak zawsze, gdy chce się mieć w życiu sukcesy.
Tak naprawdę Eurokod 3 w jej częściach 1-1, 1-8 i 1-9 [188], [195], [196] nie wprowadza nadmiernie wielu zmian w stosunku do praktyki inżynierskiej, dotychczas ujmowanej normą PN-90/B-03200. Nowością dla inżynierów są natomiast postanowienia zawarte w częściach 1-2 oraz 1-10 [189], [197]. Podstawową różnicą jest sposób formułowania zaleceń (inny niż w polskiej normie) i inne oczekiwania, odnoszące się do projektanta przy korzystaniu przez niego z tych zaleceń, a wynikające głównie z odmiennego sposobu kształcenia inżynierów przez polskie uczelnie. Sama treść zaleceń jest w bardzo dużym obszarze zbliżona do postanowień, , zawartych w PN-90/B-03200, chociaż jest wiele zaleceń rozszerzających, nie zawsze łatwych do operowania nimi w praktyce inżynierskiej. To jednak, które z tych zaleceń będą honorowane przez projektanta, często zależy od jego wyboru. Aby jednak dokonać wyboru trzeba dodatkowej j wiedzy i umiejętności. I ich posiadanie jest zasadniczą trudnością w przyswojeniu PN-EN 1993-1 oraz w jej świadomym i prawidłowym stosowaniu.
Oddawana do rąk Czytelników książka nie jest bezpośrednim komentarzem do norm europejskich z 2008 roku. Autorzy sądzą, że taki komentarz nie sprzyjałby pokonywaniu zastrzeżeń, niechęci lub kłopotów, związanych ze stosowaniem norm europejskich. Przyjęto podejście takie, jakim j zwykle posługują się autorzy podręczników lub skryptów akademickich. W ciągu wiedzy stworzonej I przez minione pokolenia, po jej selekcji, umieszczają zalecenia, które są zawarte w aktualnie obowiązującej normie. Dotychczasowa wiedza i ostatnia norma narodowa są tłem do przedstawienia reguł zawartych w Eurokodzie.
Autorzy mają nadzieję, że przy takim podejściu nastąpi najprostsze i najłatwiejsze przyswojenie zaleceń przez inżynierów-praktyków. Na znanym tle, to co jest nowe, nie jest już tak trudne do przyswojenia i jest łatwe w stosowaniu. Takie podejście rodzi pewną niedogodność: Książka nie zawiera dosłownego podania wszystkich reguł nowej normy. Ale przecież żadna książka nie podaje normy in extenso.
Korzystanie z tej książki wymaga posiadania normy. Polski Komitet Normalizacyjny po przetłumaczeniu przyjął je jako PN-EN. Zarówno udostępniany Czytelnikowi przewodnik, jak też norma powinny być razem stosowane.
Eurokod 3: PN-EN 1993 „Projektowanie konstrukcji stalowych" składa się z:
• Części 1: Reguły ogólne i reguły dla budynków,
• Części 2: Mosty stalowe,
• Części 3: Wieże, maszty i kominy,
• Części 4: Silosy, zbiorniki i rurociągi,
• Części 5: Palowanie i grodzie,
• Części 6: Konstrukcje wsporcze suwnic.
Publikowane przez CEN (częściowo przez PKN jako PN-EN) części 1-1 Eurokodu 3 podają ogólne podstawy projektowania budynków wykonywanych ze stali. Ich przedmiot i zakres odnosi się przede wszystkim do ogólnych reguł obliczania i projektowania elementów konstrukcji i połączeń, do których ustroju nośnego zastosowano stal w budynkach powszechnego przeznaczenia i typowego ich użytkowania. Wówczas jest możliwe na podstawie dotychczasowego stanu wiedzy i umiejętności przyjmowanie w analizie statycznej, wytrzymałościowej i statecznościowej powszechnie akceptowanych uproszczeń. Tam, gdzie jest konieczne ograniczenie tych uproszczeń, należy w projektowaniu i obliczaniu konstrukcji posługiwać się dodatkowymi regułami ogólnymi, podanymi w innych Częściach 1-1 lub regułami specjalnymi, przedstawionymi w Częściach 2 do 6. Z tego wynika, że przedmiot i zakres stosowania opublikowanych dotychczas Części 1-1 Eurokodu 3 pokrywa się formalnie z przedmiotem i zakresem stosowania PN-90/B-03200, chociaż w wielu kwestiach znacznie je rozszerza.
W części 1-1 Eurokodu są zawarte również podstawowe przesłanki, jakim powinno odpowiadać wykonanie konstrukcji i jej połączeń oraz użytkowanie budynku ze względu na wymaganie, aby okoliczności związane z tymi czynnościami podczas montażu i eksploatacji nie spowodowały pogorszenia stanu konstrukcji w stosunku do stanu przewidzianego projektem, gdyż niedotrzymanie sytuacji projektowych może w znaczny sposób obniżyć bezpieczeństwo układu nośnego budynku i doprowadzić do jego awarii lub nawet do katastrofy. Te podstawowe przesłanki zostały uwzględnione w normie europejskiej PN-EN 1090-2 [176], dotyczącej podstawowych reguł i reguł dla budynków do wykonania i montażu konstrukcji stalowych. Już tu należy zwrócić uwagę na to, że PN-B-06200:2002/Ap1:2005 [273], pełniąca analogiczną rolę jak norma europejska, została opracowana z pełnym wykorzystaniem jej reguł, a różnice w szczególnych zaleceniach obu tych norm mają charakter drugorzędny i dla podstaw projektowania nieistotny.
Podstawowe wymagania według [176] lub [273] są rozumiane jako ich spełnienie w stopniu niezbędnym do określania jakości zastosowanych materiałów konstrukcyjnych i wyrobów oraz do określenia standardu wykonania w wytwórni elementów i ich montażu na budowie. Należy więc te przepisy, reguły i wymagania traktować jako wymagania minimalne. Do poszczególnych rodzajów konstrukcji i metod ich realizacji te wymagania mogą podlegać szczególnym, dodatkowym określeniom, głównie w kierunku podwyższenia ich jakości. Ogólny zbiór dyrektyw dotyczących wyrobów budowlanych w państwach Europy Zachodniej jest zawarty w CPD (Construction Product Directive). Każdy Eurokod jest dokumentem odniesienia do tych dyrektyw, będąc zbiorem kryteriów zgodności budynków i konstrukcji inżynierskich względem wymagań ustalonych przez te dyrektywy. Równocześnie każdy Eurokod jest podstawą do opracowania specyfikacji, zawierającej szczegółowe dla przedsiębiorstwa budowlanego zestawienie wymogów technicznych.
W polskich warunkach nie ma jeszcze opracowanego dokumentu prawnego odpowiadającego CPD. Podobną rolę spełnia częściowo Ustawa dotycząca prawa budowlanego, a częściowo warunki techniczne wykonania poszczególnych rodzajów konstrukcji budowlanych. Natomiast jest już wprowadzany przez wiele przedsiębiorstw dokument, regulujący podstawy techniczne wykonania budynków, noszący nazwę specyfikacji.
Dotychczas jednak w państwach Europy Zachodniej nie przygotowano zharmonizowanego (uzgodnionego przez wszystkich członków) zbioru wymagań technicznych odnoszących się do wyrobów oraz metod ich badania. Jednak pewne tego aspekty są już zawarte w częściach 1 Eurokodu 3.
Zdając sobie sprawę z braku tych dokumentów, jak również z faktu, że aspekty bezpieczeństwa konstrukcji w poszczególnych państwach członkowskich są ujmowane na nieco innych poziomach, postanowiono w Eurokodach podawać pewne wartości związane z bezpieczeństwem jako wartości orientacyjne.
Władze państw członkowskich są odpowiedzialne za bezpieczeństwo, zdrowie i inne aspekty objęte zasadniczymi wymaganiami dokumentu CPD. W związku z tym te władze ustalają ostateczne wartości tych elementów bezpieczeństwa.
Formułowanie wymagań w Eurokodzie 3 jest przedstawione w inny sposób, niż to dotychczas czyniły kolejne edycje PN/B-03200. Ten sposób polega na upodobnieniu normy do aktu prawnego. Postanowienia są podane w postaci ponumerowanych akapitów, dotyczących pewnej myśli lub sekwencji ogólniejszego zagadnienia. Systematycznie omawia się założenia, kwestie podstawowe, zagadnienia cząstkowe i wreszcie wymagania złożone lub ujęcia całościowe. Numeracja akapitów służy do powoływania kwestii, danych liczbowych lub wzorów. Do tego trzeba się po prostu przyzwyczaić.
W licznych państwach obowiązek stosowania się do postanowień lub wymagań norm jest różny. Są państwa, w których normy dotyczą tylko wyrobów, a inne dokumenty typu normalizacyjnego mają charakter pomocniczy. Różnie jest też zorganizowany nadzór budowlany. Sposób przedstawiania reguł w Eurokodach jest więc taki, że te normy mogą być stosowane bez przeszkód w państwach o różnym obowiązku prawnym, dotyczącym normalizacji. W Polsce ustawa o normalizacji zezwala traktować normy jako obowiązujące lub jako pomocnicze. Ministerstwa odpowiedzialne za ich stosowanie sporządzają wykaz norm obowiązujących.
1 Wiadomości wstępne
1.1 Zakres zastosowania stali do konstrukcji
1.2 Korzyści z zastosowania stali do konstrukcji
1.3 Podstawowe części i elementy
1.4 Procedury projektowania
1.5 Zasady oznaczania osi elementów
2 Stal, jej właściwości i wyroby
2.1 Wytwarzanie stali
2.2 Struktura stali
2.3 Przeróbka stali. Wyroby
2.4 Imperfekcje wyrobów
2.5 Klasyfikacja stali
2.6 Zachowanie się stali
2.6.1 Właściwości materiału pod obciążeniem statycznym
2.6.2 Obciążenia cieplne
2.6.3 Kruche pękanie stali
2.6.4 Obciążenia powodujące zmęczenie
2.6.5 Formy zniszczenia stali
2.7 Dobór stali na konstrukcję
2.7.1 Zalecenia ogólne
2.7.2 Dobór gatunku stali według PN-EN 1993-1-10
3 Bezpieczeństwo konstrukcji
3.1 Uwagi ogólne
3.2 Oddziaływania
3.2.1 Oddziaływania stałe
3.2.2 Oddziaływania zmienne
3.2.2.1 Oddziaływania użytkowe
3.2.2.2 Oddziaływania śniegiem
3.2.2.3 Oddziaływania wiatrem
3.2.2.4 Oddziaływania termiczne
3.2.2.5 Oddziaływania podczas wykonywania obiektu
3.2.3 Oddziaływania wyjątkowe
3.2.4 Oddziaływania sejsmiczne
3.3 Niezawodność konstrukcji
3.4 Metoda stanów granicznych
3.4.1 Wiadomości ogólne
3.4.2 Zasady metody stanów granicznych według Eurokodów
3.5 Charakterystyczne wartości granicy plastyczności
3.6 Modele i metody analizy
3.7 Warunki użytkowalności konstrukcji
3.8 Trwałość konstrukcji
4 Połączenia obciążone statycznie
4.1 Rodzaje łączników i połączeń
4.2 Wymagania ogólne
4.3 Połączenia spawane
4.3.1 Uwagi ogólne
4.3.2 Rodzaje procesów spawalniczych
4.3.3 Rodzaje połączeń i spoin
4.3.4 Podstawy technologii spawania
4.3.5 Naprężenia spawalnicze
4.3.6 Obliczanie nośności
4.3.7 Zalecenia konstrukcyjne
4.4 Połączenia śrubowe
4.4.1 Uwagi ogólne
4.4.2 Rodzaje połączeń i śrub
4.4.3 Zachowanie się połączeń
4.4.4 Rozmieszczenie otworów
4.4.5 Kategorie połączeń śrubowych
4.4.6 Obliczanie nośności połączeń
4.4.7 Zalecenia konstrukcyjne
4.5 Połączenia nitowe
4.6 Połączenia sworzniowe
4.7 Połączenia hybrydowe
4.8 Styki
4.9 Węzły belek ze słupami
4.9.1 Zagadnienia ogólne
4.9.2 Charakterystyka momentu-obrotu
4.9.3 Klasyfikacja węzłów
4.9.4 Analityczne określenie nośności węzłów
4.9.4.1 Określenie węzła i jego części
4.9.4.2 Ocena nośności węzła
4.9.4.3 Nośność węzłów
4.9.5 Analityczne określanie sztywności węzłów
4.9.6 Zdolność do obrotu
5 Nośność przekrojów
5.1 Uwagi ogólne
5.2 Przekrój zastępczy w stanie nadkrytycznym
5.3 Nośność przekrojów
5.3.1 Zagadnienia ogólne
5.3.2 Rozciąganie osiowe
5.3.3 Ściskanie osiowe
5.3.4 Zginanie względem jednej osi
5.3.5 Ścinanie
5.3.6 Skręcanie
5.3.7 Zginanie ze ścinaniem
5.3.8 Zginanie z siłą podłużną
5.3.9 Zginanie ze ścinaniem i siłą podłużną
5.3.10 Środnik w płaskim stanie naprężenia
6 Belki pełnościenne
6.1 Uwagi ogólne
6.2 Zwichrzenie belek
6.2.1 Elementy zginane o stałym przekroju
6.2.2 Elementy zginane i ściskane o stałym przekroju
6.2.3 Ogólna metoda oceny zwichrzenia elementów
6.2.4 Zwichrzenie elementów projektowanych z uwzględnieniem analizy plastycznej
6.3 Niestateczność środnika przy naprężeniach normalnych
6.3.1 Uwagi ogólne
6.3.2 Ścianki nieużebrowane
6.3.3 Ścianki użebrowane
6.3.4 Sprawdzenie nośności środników poddanych działaniu naprężeń normalnych
6.4 Niestateczność środnika przy naprężeniach stycznych
6.4.1 Uwagi ogólne
6.4.2 Środniki użebrowane
6.5 Nośność środników pod obciążeniem skupionym
6.6 Interakcyjne warunki nośności
6.6.1 Nośność przekroju obciążonego siłą poprzeczną, momentem zginającym oraz siłą podłużną
6.6.2 Nośność przekroju obciążonego siłą skupioną, momentem zginającym oraz siłą podłużną
6.7 Nośność i sztywność belek
6.8 Redystrybucja plastyczna momentów zginających
6.8.1 Ogólne zasady oceny nośności
6.8.2 Nośność przystosowania
6.9 Kształtowanie belek
6.9.1 Przekroje belek
6.9.2 Styki belek
6.9.3 Żebra usztywniające
6.9.3.1 Żebra poprzeczne
6.9.3.2 Żebra podłużne
6.9.4 Belki ażurowe
6.9.5 Blachownice z falistym środnikiem
6.10 Konstrukcje stropów i pomostów
7 Słupy
7.1 Uwagi ogólne
7.2 Zagadnienia stateczności
7.3 Nośność słupów
7.3.1 Ściskanie osiowe prętów jednogałęziowych
7.3.2 Ściskanie ze zginaniem prętów jednogałęziowych
7.3.3 Ściskane pręty wielogałęziowe
7.4 Kształtowanie słupów
7.4.1 Przekroje trzonów
7.4.2 Głowice
7.4.3 Kształtowanie trzonów
7.4.4 Zakotwienia
7.4.5 Podstawy
8 Kratownice
8.1 Wiadomości ogólne
8.2 Kształtowanie kratownic płaskich
8.2.1 Kształtowanie geometrii kratownicy
8.2.1.1 Zasady ogólne
8.2.1.2 Kształtowanie wiązarów dachowych
8.2.2 Przekroje prętów kratownic
8.3 Nośność i sztywność kratownicy
8.3.1 Nośność kratownic płaskich
8.3.1.1 Siły wewnętrzne
8.3.1.2 Długość wyboczenia prętów kratownicy
8.3.2 Sztywność kratownic płaskich.
8.4 Projektowanie wiązarów dachowych
8.4.1 Zasady ogólne
8.4.2 Konstruowanie węzłów
8.5 Konstrukcje dachów
8.5.1 Układy konstrukcyjne
8.5.2 Płatwie
9 Bezpieczeństwo pożarowe
9.1 Informacje ogólne
9.2 Oddziaływania termiczne
9.3 Nośności przekrojów
9.4 Obliczanie odporności ogniowej elementów stalowych na podstawie nomogramów
10 Zmęczenie elementów i konstrukcji
10.1 Uwagi ogólne
10.2 Częściowe współczynniki bezpieczeństwa
10.3 Wytrzymałość zmęczeniowa
10.4 Ocena zmęczenia
10.5 Kształtowanie elementów narażonych na zmęczenie
Piśmiennictwo
Wykaz norm
|
Zobacz nasze pozostałe aukcje:
|
|
