OPTEREĆENJA
ANALIZA OPTEREĆENJA - JEDAN OD NAJVAŽNI NAJVA ŽNIJIH JIH ELEMENATA IZ DOMENA ODGOVORNOSTI ODGOVORNOSTI GRAĐEVINSKIH KONSTRUKTERA
Obavezan i jedan od najvažnijih elemenata svakog statičkog proračuna Jasnom analizom opterećenja u statičkom proračunu projektant definiše za šta je konstrukcija projektovana i time
Omogućava svima u procesu projektovanja, izgradnje i eksploatacije lakšu koordinaciju i donošenje odluka
Eliminiše svoju odgovornost u slučaju havarija usled nenamenskog korišćenja, prenamene ili rekonstrukcija
Razni propisi za opterećenja definišu intenzitete u funkciji mnogobrojnih parametara čije određivanje je u domenu ogovornosti konstruktera (a time i odgovornost za intenzitete)
Pogrešna procena opterećenja rezultuje ili neracionalnim ili nedovoljno sigurnim konstrukcijama
ANALIZA OPTEREĆENJA - JEDAN OD NAJVAŽNI NAJVA ŽNIJIH JIH ELEMENATA IZ DOMENA ODGOVORNOSTI ODGOVORNOSTI GRAĐEVINSKIH KONSTRUKTERA
Obavezan i jedan od najvažnijih elemenata svakog statičkog proračuna Jasnom analizom opterećenja u statičkom proračunu projektant definiše za šta je konstrukcija projektovana i time
Omogućava svima u procesu projektovanja, izgradnje i eksploatacije lakšu koordinaciju i donošenje odluka
Eliminiše svoju odgovornost u slučaju havarija usled nenamenskog korišćenja, prenamene ili rekonstrukcija
Razni propisi za opterećenja definišu intenzitete u funkciji mnogobrojnih parametara čije određivanje je u domenu ogovornosti konstruktera (a time i odgovornost za intenzitete)
Pogrešna procena opterećenja rezultuje ili neracionalnim ili nedovoljno sigurnim konstrukcijama
PODELA OPTEREĆENJA PREM PR EMA A PO PORE REK KLU
Opterećenja geofizičkog porekla
Gravitaciona (sopstvena težina konstrukcije)
Metereološka ili ambijentalna (vetar, sneg, led, kiša, itd.)
Seizmološka (inercijalna opterećenja usled zemljotresa) Prinudna (sprečeno dilatiranje, nejednaka sleganja, itd.)
Opterećenja od ljudi
Dugotrajna (ljudi, oprema, skladišteni materijal, itd.)
Kratkotrajna (bočni udari i kočenje opreme, montaža, itd.)
Povremena (udar vozila, eksplozija, itd.)
PODELA OPTEREĆENJA PREMA DOMAĆIM PROPISIMA
Važeća regilativa za noseće čelične konstrukcije se bazira na konceptu proračuna prema dopuštenim naponima i u skladu sa definisanim slučajevima opterećenja i koeficijentima sigurnosti je izvršena i podela opterećenja prema sledećem: Osnovna (geofizička i opterećenja od ljudi stalnog karaktera –
sopstvena težina konstrukcije, sneg, gravitaciona komponenta od ljudske navale, opreme, vozila, itd.)
Dopunska (geofizička i opterećenja od ljudi privremenog karaktera – vetar, temperaturne promene, bočni udari i kočenje opreme i vozila, itd.)
Izuzetna (geofizička i opterećenja od ljudi koja se javljaju jednom u eksploatacionom veku – zemljotres, neravnomerna sleganja oslonaca, udar vozila, eksplozija, itd.)
SLUČAJEVI OPTEREĆENJA I KOEFICIJENTI SIGURNOSTI PREMA DOMAĆIM PROPISIMA
Prema konceptu dopuštenih napona, na kojem se zasniva važeća tehnička regulativa, definisani su sledeći slučajevi opterećenja:
Korespodentni koeficijenti sigurnosti definisani domaćim propisima su:
I slučaj opterećenja – kombinacije osnovnih opterećenja II slučaj opterećenja – kombinacije osnovnih i dopunskih opterećenja III slučaj opterećenja – kombinacije osnovnih, dopunskih i jednog izuzetnog opterećenja
νΙ =1,50 νΙΙ =1,33 νΙΙΙ =1,20
(I slučaj opterećenja) (II slučaj opterećenja) (III slučaj opterećenja)
III slučaj opterećenja za slučaj seizmike ( νΙΙΙ =1,20) je u delimičnoj koliziji sa važećom domaćom regulativom koja determiniše seizmički proračun za čelične konstrukcije gde se koeficijent sigurnosti definiše sa vrednošču ( νΙΙΙ =1,15) – kako su seizmički propisi noviji preporučuje se njihova primena Za element konstrukcije koji, osim sopstvene težine samog elementa, nema druga
osnovna opterećenja (na primer dijagonala sprega za vetar) se, po pravilu, dominantno opterećenje svrstava u osnovno opterećenje (tako da se element proračunava prema koeficijentu sigurnosti za I slučaj opterećenja).
STALNA OPTEREĆENJA
Sopstvena težina noseće konstrukcije (rožnjače, glavni nosači, fasadne rigle, fasadni stubovi, nosači dizalica, međuspratna konstrukcija, itd.)
Sopstvena težina ostalih, nenosećih, elemenata konstrukcije (krovni pokrivač, fasadna obloga, pod, plafon, pregradni zidovi, instalacije, itd.)
Stalna opterećenja
U principu se određuju se na osnovu zapremine elemenata i specifične težine definisane propisima U principu se uzima realan raspored elemenata (nosećih zidova, pregradnih i fasadnih zidova, itd).
Propisi dozvoljavaju da se laki pregradni zidovi (sa
težinom do 2,5 kN/m) u analizi opterećenja uzmu u obzir kao površinsko opterećenje intenziteta 0,50 kN/m2 zanemarujući stvaran položaj zidova
Stalna opterećenja
Objektivan problem je procena težine elemenata
noseće konstrukcije koji tek treba da se odrede (zbog čega se i radi analiza opterećenja) – mora se pretpostaviti na osnovu iskustva
Ako se nakon određivanja dimenzija elemenata noseće konstrukcije ustanovi da konačno merodavno opterećenje odstupa od pretpostavljenog za više od 3% ponavljaju se dokazi nosivosti, stabilnosti i deformacija (za
konačno, stvarno, opterećenje).
Stalna opterećenja
KORISNA OPTEREĆENJA
Opterećenja koja nastaju od sadržaja unutar objekta iii na njemu - težina ljudi, nameštaja, pokretnih pregrada, knjiga, opreme, automobila (kod garaža), itd.
Korisna opterećenja su, uglavnom, pokretna opterećenja promenjivog intenziteta
Dodatni problem pri analizi opterećenja je činjenica da postoje situacije u kojima je za konstrukciju nepovoljnije
da na nekim delovima ima opterećenje a na nekima nema (kontinualni nosači, na primer) – što se ne sme zanemariti
Korisna opterećenja
U nekim situacijama je (višespratne zgrade, na primer),
praktično, nemoguće analizirati sve moguće konfiguracije rasporeda pokretnog opterećenja
Statistikom i iskustvom se došlo do „ekvivalentnih“
intenziteta korisnog opterećenja u funkciji namene prostora i do „faktora redukcije“ u funkcija veličine „uticajne površine“ koji su definisani propisima – može
se smatrati da je kombinacijom ove dve veličine minimiziran značaj konfiguracije pokretnog opterećenja na objektu (konstrukter je formalno oslobođen obaveze da analizira potencijalno ogroman broj mogućih konfiguracija opterećenja - što se u praksi koristi)
Korisna opterećenja
Minimalni ekvivalentni intenziteti korisnog opterećenja u funkciji namene prostora su definisani tabelama u
propisima (manja opterećenja od ovih nije dozvoljeno primenjivati ali veća korisna opterećenja se mogu definisati projektnim zadatkom – retko se radi)
Propisima je, kroz faktore redukcije u funkciji veličine uticajne površine, uzeta u obzir i mala verovatnoća istovremenog maksimalnog pokretnog opterećenja na velikim površinama objekta – u praksi se veoma malo koristi, eventualno pri dokazima usled promene namene
prostora pri adaptacijama, i sličnim situacijama.
Korisna opterećenja
Korisna opterećenja
Koeficijenti redukcije u funkciji uticajnih površina „A“ (m2) i broja spratova „n“
Za nosače namene 1 i 2 iz tabele Za nosače nemene 4 iz tabele Za stubove namene 1 i 2 iz tabele Za stubove namene 4 iz tabele (za n=1 je µ1=µ2=1,0)
Korisna opterećenja
Propisi definišu i druga opterećenja koja se mogu ukazati kao potrebna za proračun - pritisak na rukohvat ograde (0,3-1,5 kN/m), opterećenje pregradnih zidova i spuštenih plafona, servisnih platformi (površina na koja pristup imaju samo služba održavanja, itd).
Propisi posebno definišu minimalna korisna opterećenja industrijskih pogona (3,0-5,0 kN/m2), magacina (≥ 5,0 kN/m2), itd. ali ovde
svakako treba uzeti u obzir stvarno moguća opterećenja i pokušati ih definisati, u saradnji sa naručiocem, kroz projektni zadatak (korisna opterećenja magacina, na primer mogu biti i 20 -100 kN/m2 a korisna opterećenja industrijskih pogona služe za smeštaj razne opreme i mašina čija pojedinačna težina može dostići i više desetina tona).
OPTEREĆENJE OD SNEGA
Opterećenje snegom definiše visina i gustina snežnog pokrivača (naglašava se da gustina može biti u opsegu 100-800 kg/m3) – prema
tome sama visina snežnog pokrivača nije dovoljno pouzdan podatak.
Otežavajuća okolnost je i čenjenica da usled vetra odnosno nagiba i denivelacija krovova
konfiguracija opterećenja može biti različita (neravnomerno opterećenje snegom)
Opterećenje snegom
Sneg ima naglašen značaj kod analiza opterećenja lakih konstrukcija kakve su noseće čelične konstrukcije (kod čeličnih i drvenih konstrukcija sneg može biti i do 80-90% ukupnog opterećenja dok kod betonskih to samo izuzetno prelazi 20% a uglavnom je do 10%)
Zato se formiralo nepisano pravilo da se intenzitet
opterećenja snegom pri proračunu lakih čeličnih konstrukcija uzima nešto više nego što je definisani propisima – obično 1,0 kN/m2 u odnosu na za Srbiju
propisanih 0,75 kN/m2 (jasno je da mala prekoračenja opterećenja snegom u odnosu na propisima definisana u takvim situacijama mogu dovesti do rušenja objekta)
Opterećenje snegom
Opterećenje snegom
Opterećenje snegom
Winter in Russia
OPTEREĆENJA OD DIZALICA
Dizalice (mostne ili viseće) su neizbežni deo magacinskih i čest deo industrijskih pogona
Služe za vertikalnu i horizontalnu manipulaciju robom, opremom ili sirovinama unutar objekta
Često je ključni (objekat se u stvari pravi OKO projektovane tehnologije) deo projektnog zadatka
Definišu se sa: nosivošću, rasponom (površinom koju treba da pokriva manipulacijom), visinom dizanja, režimom rada (brojem operacija u jedinici vremena) i, ponekad, brzinom kretanja i dizanja
Na osnovu pobrojanih podataka, kataloga proizvođača dizalica i standarda (u Srbiji to su SRPS M.D1.021, M.D1.024, M.D1.022 i M.D1.020, svi iz 1964 godine) projektant definiše potrebne
dimenzije objekta i opterećenja za proračun konstrukcije
Opterećenja od dizalica
U statičkom smislu mostne dizalice (najčešće u primeni) u svom radu proizvode niz međusobno zavisnih pokretnih sila (od točkova) koje deluju u gravitacionom (sopstvena težina dizalice i tereta), bočnom („bočni udari“ usled pokretanja ili necentričnog dizanja tereta) i podužnom pravcu („sile kočenja“ odnosno „sile pokretanja“ dizalice). Da bi se pri proračunu noseće konstrukcije uzele u obzir inercijalne sile koje se javljaju pri dinamičkom uticaju (kakvi su od dizalica) „teoretski“ dobijeni gravitacioni uticaji se množe koeficijentima čija vrednost je u funkciji od režima rada dizalice.
Gravitacioni uticaji po točku se uvećavaju „ koeficijentom udara“ -
(kreće
se, u zavisnosti od režima rada dizalice, broja dizalica i elementa koji se analizira, u opsegu 1,0-1,6)
Sopstvena težina nosača dizalica i drugih elemenata koji na koje se direktno prenose uticaji od dizalica (stubovi, spregovi za bočne udare, itd.) se množe „koeficijentom izravnavanja“ - (kreće se u opsegu 1,1 -1,3)
Opterećenja od dizalica
Opterećenja od dizalica
Za razliku od analize nosača dizalica (kao u primeru iz OMK2) pri analizi hale neophodno je definisati i „odgovarajuće“ uticaje po točku koji, obično, nisu eksplicitno dati u katalozima proizvođača (to su uticaji po točkovima „na drugom nosaču dizalic e“ za situaciju pri kojoj su određeni apsolutno maksimalni uticaji po točku na „na prvom nosaču dizalice“) – što je moguće odrediti na osnovu uobičajeno datih podataka (Pi,max/Pi,min, i ekstremni položaj „kolica“ u poprečnom profilu mostne dizalice) u katalozima dizalica
U odsustvu preciznijih podataka o silama „bočnih udara“ odnosno silama usled „kočenja/pokretanja“ u katalozima proizvođača uobičajeno da se sile bočnih udara uzimaju sa vrednošću 1/7 od maksimalnih pritisaka po točku (ne množi se sa „koeficijentom udara“) a sile kočenja sa vrednošću 1/10 sile po točku (ne množi se sa „koeficijentom udara“) – ovde treba voditi računa o tipu točka pa smerove sila bočnih udara usvajati prema stvarno mogućim situacijama (točkovi najčešće imaju graničnike samo sa „unutrašnje“ strane kada bočni udari mogu da se prenose samo „iznutra ka napolje“ i to samo na točkovima koji su na strani koja je u smeru sile bočnih udara – mada ima i drugačijih rešenja) dok se sile „pokretanja/kočenja“ usvajaju samo po pogonskim točkovima
OPTEREĆENJA OD VETRA
Određivanje intenziteta opterećenja usled delovanja vetra je izuzetno složen inženjerski problem
Ovo je posledica same prirode vetra (stohastička poremećajna sila sa statičkim i dinamičkim delom koja se za potrebe proračuna mora tretirati kao kvazistatička sila koja deluje pretežno u horizontalnoj ravni) ali i činjenice da na intenzitet opterećenja utiču i mnogobrojni drugi faktori (brzina vetra, visina i vitkost objekta, konfiguracija terena, udaljenost,oblik i visina susednih objekata pa sve do teksture fasadne površine samog objekta).
Opterećenje vetrom je u Srbiji regulisano serijom standarda SRPS (SRPS U.C7.110 – SRPS U.C7.113)
Osnovni parametar kojim se barata pri određivanju opterećenja usled delovanja vetra je brzina strujanja vazduha (brzina vetra)
Opterećenja od vetra
Stvarna brzina vetra je kroz vreme
promenjiva veličina pa se uvodi pojam srednje brzine vetra
Srednja brzina vetra se, takođe, menja po visini iznad terena i to u zavisnosti od konfiguracije (hrapavosti) samog terena
Zato je od izuzetne važnosti da precizno
definiše način određivanja osnovne brzine vetra kao ključnog parametra za određivanje opterećenja od vetra
Prema srpskim standardima to je projektna
osnovna brzina vetra koja se određuje kao u jednočasovnom intervalu statistički određena (tako da može biti prekoračena jednom u 50 godina) osrednjena brzina vetra, merena na izloženom mestu na visini od 10 m iznad terena koji odgovara klasi hrapavosti „B“ u periodu od najmanje 15 godina – vBm,50,10
Opterećenja od vetra
U srbiji se veličina projektnih osnovnih brzina vetra prema
zvaničnom propisu kreće u opsegu 19-35 m/s (prema najnovijim rezultatima merenja u opsegu 19-26 m/s)
Treba biti izuzetno oprezan kada se radi sa podatkom dobijenim od lokalnih meteoroloških stanica jer se dobijeni podatak mora, na osnovu perioda osrednjavanja i dužine merenja na toj lokaciji, „prevesti“ na normirani podatak – ove dve vrednosti mogu biti
značajno različite.
Opterećenja od vetra
Opterećenje od vetra
ρ = 0,9 (na 3000 m) – 1,225 (na nivou mora) kg/m3
Kt = 1,0-1,9
kT = 0,793 -1,060
Sz = 0,9-1,5
Kz2 = 0,500-2,644
Gz = 1,4-2,5 (u zgrdarstvu)
C = (-0,9) – (+0,9)
TEMPERATURNI UTICAJI
Ovo su uticaji usled promene temeprature u ambijentalnoj sredini konstrukcije (exterijeru ili enterijeru) Temperturni uticaji se mogu podeliti na uticaje koje izaziva globalno
zagrevanje o hlađenje konstrukcije ili delova konstrukcije u celini, temperturne promene - „t“ i uticaje koje izaziva neravnomerno
zagrevanje ili hlađenje na pojedinim delovima ili stranama elementa ili objekta u celini, temperaturne razlike – „∆t“
Uticaji od temperaturnih promena „t“ se izuzetno prihvataju konstrukcijom – tendencija je da se ovi uticaji minimiziraju
uvođenjem statički određenih statičkih sistema ili nezavisnih dilatacionih celina.
Uticaji od temperaturnih razlika „∆t“ se ne mogu eliminisati ili minimizirati konstruktivnim merama pa se ovi uticaji, ako izazivaju
značajne presečne sile, moraju uzeti u obzir.
Temp mpe era ratu turn rnii uti u tica cajiji
U Srbiji se temperaturne promene za konstrukcije u eksterijeru uzimaju sa preporučenim intenzitetom od ±30-35°C a za konstrukcije u enterijeru sa preporučenim intenzitetom od ±15°C.
Kod analize temperaturnih razlika se mora imati u vidu da čelična konstrukcija ofarbana tamnim bojama na strani izloženoj sunčevom zračenju može da dostigne temperature i do +80 °C (dok strana u hladu ostane na temperaturi vazduha) – slična temperaturna razlika se može očekivati i u zimskim uslovima. Iako temperaturni uticaji, zahvaljujući izraženoj granici razvlačenja čelika, retko izazivaju havarije na samoj konstrukciji česta je pojava da izaziva vidljive poremećaje u funkcionisanju objekta (pucanje prozora, zaglavljivanje vrata, disfunkcionalnost osetljive opreme u objektu, itd).
Temperaturni uticaji
MONTAŽNA OPTEREĆENJA
Prilikom montaže konstrukcije nije retka pojava da statički sistem bude drugačiji od onog za koji je vršen proračun pa, uprkos znatno manjem opterećenju od projektovanog (nema korisnog opterećenja), može da se desi da faza montaže bude merodavna za dimenzionisanje elemenata konstrukcije
Drugi aspekt koji prilikom montaže može da bude od značaja su drugačiji granični uslovi od projektovanih – svaki element konstrukcije do kompletiranja objekta prođe kroz fazu u kojoj su, na primer, dužine izvijanja bitno drugačije od onih za koje je računata i koje se dostižu kada se objekat kompletira.
Ima dosta primera havarija objekata u montaži – zato je obavezno raditi projekat montaže kojim bi se sagledali i predupredili problemi a
da faza montaža ne bude merodavna za određivanje dimenzija elemenata konstrukcije
PRITISAK ZEMLJIŠTA I VODE
Konstrukcije ispod površine zemlje izloćene su opterećenjima bitno drugačijim od konstrukcija iznad zemlje Tipično opterećenje ovog tipa je hidrostatički pritisak vode i pritisak zemlje
Retke su situacije u kojima se konstrukcija ispod zemlje koja
direktno prima opterećenja od okolnog tla konstruiše od čelika, međutim, čelične konstrukcije se često koriste u projektovanju obezbeđenja iskopa.
SEIZMIČKO OPTEREĆENJE
Seizmički uticaji su posledica pomeranja tla tokom zemljotresa – uticaji koji tom prilikom deluju na konstrukciju su, u stvari, inercijalne sile nadzemnih delova objekta koje prouzrokuje „težnja“ mase objekta da „ostane u mestu“ prilikom pomeranja tla.
Analiza ovih uticaja, budući da je pobuda stohastičkog karaktera, je izuzetno složena problematika i za visoke objekte u seizmički aktivnim područjima je skoro sigurno da su za dimenzionisanje merodavni uticaji od seizmike.
U srbiji ovu problematiku reguliše „Pravilnik o tehničkim normativima za izgradnju objekata visokogradnje u seizmičkim područjima“ (Sl.list SFRJ br. 31/80, 49/82, 29/83, 21/88 i 52/90)
Kod čelične konstrukcije prizemenih hala tipično je (mada ima izuzetaka) da seizmički uticaji nisu merodavni za dimenzionisanje konstrukcije u poprečnom pravcu dok su za podužni pravac (u zavisnosti od dužine objekta) češće za dimenzionisanje merodavni baš seizmički uticaji
Seizmičko opterećenje
Seizmičko opterećenje
Prema srpskoj regulativi za zgrade male spratnosti (do 5 spratova) dozvoljena je takozvana „metoda
ekvivalentnog opterećenja“ koja je relativno jednostavna za primenu i daje zadovoljavajuće rezultate u poređenju sa tačnijim (dinamičkim) metodama analize koje, praktično, nije moguće sprovesti bez poznavanja i korišćenja složenih kompjuterskih programa Prema ovoj metodi se, određenom procedurom, određuju ukupne i pojedinačne horizontalne seizmičke sile po spratovima za koje se vršu proračun konstrukcije stndardnim metodama statike konstrukcija
Seizmičko opterećenje
Seizmičko opterećenje
Ko = 0,75 - 1,50
Ks = 0,025 - 0,100
Kd = 0,33 – 1,00
Kp = 1,0 – 2,0
Kmax = 1,5*0,1*1,0*2,0 = 0,300
(najčešće 0,075 – 0,150)
Seizmičko opterećenje
Seizmičko opterećenje
Treba imati u vidu da Pravilnik reguliše i druge aspekte koji mogu biti merodavni za objekat - Vertikalnu seizmičku silu - Veličinu torzionih uticaja - Veličinu uticaja na pojedinačne elemente - Veličinu uticaja na ankere objekta - Način ispitivanja gotove konstrukcije - Uputstva za konstruisanje objekata, itd.
OPTEREĆENJA OD EKSPLOZIJE
Zgrada treba da izdrži izuzetna opterećenja koja se dešavaju jednom u eksploatacionom tako da ne dođe to progresivnog kolapsa Ovo, na praktičan način, nije moguće obuhvatiti proračunom (osim kod izuzetno važnih objekata) ali se rešava konstruktivnim putem
Bitno je da prostorije u kojima je potencijalno moguća eksplozija budu konstruisane tako da imaju kontrolisani i usmereni „odušak“ u
slučaju eksplozije Ovo znači da se jedan zid (ili krov), u svakom slučaju jedna strana prostorije koja je „prema napolje“, konstruišu tako da lako „otpadaju“
u slučaju eksplozije stvarajući „odušak“ a time i „usmeravaju“ nadpritisak od eksplozije u kontrolisanom (željenom) pravcu
Već i ova mera postiže željeni efekat – sprečavanje progresivnog kolapsa konstrukcije objekta
