Seminārs 3. Eirokodekss Tērauda konstrukciju projektēšana Doc. Līga Gaile (LVS/TC 30 «BŪVNIECĪBA» EN AK vadītāja, SM&G PROJECTS Latvia, RTU) 2013. gada 15. novembris 1
Semināra programma 15:00 15:30 (+15 min.) 2
*Par «duālismu» LBN un CEN piemērošanā: Jomās, kurās nav LBN uz doto brīdi priekšroka CEN piemērošanai gadījumos, ja CEN UN SNiP nosaka prasības vienā jomā... *EM juristu skaidrojums (23.10.2013) 3
Par lektoru RTU docente + LVS/STK30 Būvniecība EC AK vadītāja + SIA SM&G Projects Latvia vadītāja 2007-2010 Stirling Maynard and Partners Ltd (UK) būvinženiere 2001-2007 Celmiņa būvkonstrukciju projektēšanas biroja būvinženiere Kontaktinformācija: Tel. 27555757 Liga.Gaile_1@rtu.lv smgprojects@inbox.lv 4
Ieviešanas progress LV LVS/STK 30 vadītājs: prof. Leonīds Pakrastiņš (RTU) e- pasts: leonids.pakrastins@rtu.lv EN AK apakškomitejas vadītāja: doc. Līga Gaile (LBPA) e- pasts: smgprojects@inbox.lv Tehniskais sekretārs: ing. Dzintars Mūrnieks Kaspars Bondars Aldis Grasmanis Māris Grāvītis Andris Mālnieks Gatis Počs Jānis Prauliņš Alvils Puķe Mārtiņš Studers Gunta Šeiere Andris Šteinerts Guntars Šterns Normunds Tirāns SIA "Jensen Consult un Arhis inženieri" SIA "Būvinženieru konsultāciju birojs" SIA "Inženieru birojs Būve un forma" LR Ekonomikas ministrija SIA "Idejas un Risinājumi" Latvijas Būvinženieru savienība SIA "Agroprojekts" SIA "Peikko Latvija" SIA "Standartizācijas, akreditācijas un metroloģijas centrs Latvijas Lauksaimniecības universitāte SIA "Būves un būvsistēmas" SIA "IG Kurbads" 5
Ievads Tērauda konstrukciju projektēšanai paredzētā EC 1993 vispārējs raksturojums un saistība ar citām EC daļām un standartiem Tērauda LBN 204-2012 un EC 1993 nacionālie pielikumi (NA) Semināra 1a. daļa 6
Ievads Kas ir Eirokodeksi? Pamatprasības konstrukciju drošumam, lietojamībai un ilgmūžībai Konstrukciju projektēšana un detalizācija Slodzes un iedarbes Eiropas harmonizēto standartu kopums ēku un citu inženiertehnisko būvju konstrukciju projektēšanai Ģeotehniskā un seismiskā projektēšana 10 Eirokodeksi, kas sastāv no 58 daļām 7 Attēla avots: Decoding Eurocode 7 ; A. Bond; A Harris
Ievads 10 Eirokodeksi 58 Daļas 5320 lpp EC3 saime 1470 lpp Produktu (materiālu un izstrādājumu) standarti, pārbaužu (testēšanas) standarti 8 Avots: Jean-Armand Calgaro, Introduction to Eurocodes
Ievads Kādas ir priekšrocības? Attēla avots: Decoding Eurocode 7 ; A. Bond; A Harris Ēku un būvju projektus var izstrādāt citā valstī Kopējas celtniecības normas visā Eiropas tirgū Atrodamas projektēšanas procedūras, kas iepriekš nav bijušas normās Rezultatīvāka zinātnisko pētījumu pārnese uz normatīviem Harmonizēts galvenais materiāls vietējās rokasgrāmatās un mācību programmās Veicina to materiālu un produktu tirdzniecību un izmantošanu, kuru īpašības nodefinētas veidā, kas tieši izmantojams konstrukciju projektēšanā 9
Ievads Kas ir Eirokodeksu Nacionālie pielikumi (NA)? Nacionālajā pielikumā ir noteikti nacionāli nosakāmie parametri (NDP) NA var noteikt (ja atļauts eirokodeksā) : Kāda aprēķinu metode var tikt lietota Koeficenta vērtība Nosaka vai var lietot informatīvo eirokodeksa pielikumu Var dot norādes par NCCI informāciju, kas nav pretrunā ar eirokodeksiem 10
http://www.lvs.lv 11
EC3 attiecības ar citiem EN 3. Eirokodekss (lektore L. Gaile) 12 Shēmas avots: Latvijas būvnormatīvs LBN xx-xx Tērauda konstrukciju projektēšana projekts
EC3 vispārējs raksturojums 13
EC3 attiecības ar citiem EN 3. Eirokodekss (lektore L. Gaile) Visas sadaļas LVS EN 1990 Konstrukciju projektēšanas pamati LVS EN 1993-1-1 Vispārīgie noteikumi un noteikumi ēkām LVS EN 1993-1-5 Plākšņu konstrukciju elementi LVS EN 1993-1-8 Savienojumu projektēšana LVS EN 1993-1-10 Materiāla stigrība un īpašības biezuma virzienā Nepieciešamie materiālu un izgatavošanas standarti norādīti atbilstošās EC daļas 1. nodaļā Shēmas avots: Latvijas būvnormatīvs LBN xx-xx Tērauda konstrukciju projektēšana projekts LVS EN 1090 Tērauda un alumīnija konstrukciju izgatavošana 14
EC3 aprēķinu apjoma pieaugums Slodžu kombināciju skaita pieaugums Ģeometrisko un materiāla neprecizitāšu ievērtēšana globālajā analīzē Šķērsgriezumu klasifikācija un tērauda plastisko īpašību plašāka izmantošana Būves robustuma prasību izpilde Tērauda mezglu stinguma ievērtēšana projektēšanas procesā 15
LBN 204 2012 (projekts) Tērauda konstrukciju projektēšana Nosaka tērauda konstrukciju projektēšanai Eirokodeksu standartos iekļautās prasības kā vienīgās piemērojamās tērauda konstrukciju projektēšanas jomā Nodefinē Nacionālo pielikumu kā atbilstošā standarta neatņemamu sastāvdaļu Tērauda konstrukciju projektēšanas standartu saraksts Nosaka, ka esošo konstrukciju pārbaudei, kas tikušas uzbūvētas pirms Eirokodeksu stāšanās spēkā, ir atļauts lietot normatīvus, kas bijuši spēkā līdz Eirokodeksu ieviešanai, ja tas neapdraud cilvēku veselību, drošību un labklājību Nosaka galvenās konstrukciju projektēšanas prasības 16
LBN 204 2012 (projekts) Tērauda konstrukciju projektēšana Nosaka galvenās konstrukciju projektēšanas prasības: Definē papildus prasības metinātajiem savienojumiem Definē konstrukciju elementu robežlokanums 17
Nacionālie pielikumi NA Kuros LV veikusi būtiskākās izmaiņas vai papildinājumus NA struktūra Rekomendētās vērtības Tērauda konstrukciju projektēšana. 1-1. daļa: Vispārīgie noteikumi un noteikumi ēkām (LVS EN 1993-1-1) Tērauda konstrukciju projektēšana. 1-9.daļa: Nogurums (LVS EN 1993-1-9) Tērauda konstrukciju projektēšana. 1-11. daļa: Konstrukciju projektēšana ar spriegotiem elementiem (LVS EN 1993-1-11) Tērauda konstrukciju projektēšana. 3-1. daļa: Torņi, masti un dūmeņi. Torņi un masti (LVS EN 1993-3-1) 18
Nacionālie pielikumi NA Kuros LV veikusi būtiskākās izmaiņas vai papildinājumus NA struktūra Rekomendētās vērtības 19
Nacionālie pielikumi NA Kuros LV veikusi būtiskākās izmaiņas vai papildinājumus NA struktūra Rekomendētās vērtības 20
EC3 saimes īpatnības Apzīmējumu nomenklatūra Indeksu nozīmība Dokumentu izkārtojums pēc elementu darbības principiem nevis projektēšanas secības Pārsvarā veicamās pārbaudes dotas izteiksmju nevis līkņu vai tabulu formātā Pārsvarā vispārīgas aprēķinu metodes (nav dotas jau vienkāršotas izteiksmes) SNIP EC3 R y f y 21
EC3 saimes īpatnības Apzīmējumu nomenklatūra Indeksu nozīmība Dokumentu izkārtojums pēc elementu darbības principiem nevis projektēšanas secības Pārsvarā veicamās pārbaudes dotas izteiksmju nevis līkņu vai tabulu formātā Pārsvarā vispārīgas aprēķinu metodes (nav dotas jau vienkāršotas izteiksmes) k «raksturīgā vērtība» d «aprēķina vērtība» E «efekts» R «pretestība» el «elastīgā īpašība» pl «plastiskā īpašība» b «noturības zudums» Piemēri: M Ed - aprēķina lieces moments M pl,y,rd - plastiskais aprēķina robežmoments pa y asi A eff,w,c - sieniņas spiestās daļas effektīvais laukums 22
EC3 saimes īpatnības Apzīmējumu nomenklatūra Indeksu nozīmība Dokumentu izkārtojums pēc elementu darbības principiem nevis projektēšanas secības Pārsvarā veicamās pārbaudes dotas izteiksmju nevis līkņu vai tabulu formātā Pārsvarā vispārīgas aprēķinu metodes (nav dotas jau vienkāršotas izteiksmes) N A n SNIP SNIP R y c 3. EC3 1-5. daļa: Plākšņu konstrukciju elementi 1-7. daļa: Plākšņu konstrukcijas, kas pakļautas šķērsslodzei EC3 23 Princips
EC3 saimes īpatnības Apzīmējumu nomenklatūra Indeksu nozīmība Dokumentu izkārtojums pēc elementu darbības principiem nevis projektēšanas secības Pārsvarā veicamās pārbaudes dotas izteiksmju nevis līkņu vai tabulu formātā Pārsvarā vispārīgas aprēķinu metodes (nav dotas jau vienkāršotas izteiksmes) 24
EC3 saimes īpatnības Apzīmējumu nomenklatūra Indeksu nozīmība Dokumentu izkārtojums pēc elementu darbības principiem nevis projektēšanas secības Pārsvarā veicamās pārbaudes dotas izteiksmju nevis līkņu vai tabulu formātā Pārsvarā vispārīgas aprēķinu metodes (nav dotas jau vienkāršotas izteiksmes) 25
Tērauda konstrukciju aprēķina pēc robežstāvokļu metodes vispārējie principi Raksturīgās iedarbes un to kombinācijas tērauda karkasa ēkām Konstrukciju globālā un lokālā analīze Ēkas robustuma prasības Semināra 1b. daļa 26
Robežstāvokļi EQU ULS STR GEO, UPL, HYD EN 1990 FAT SLS Deformācijas Vibrācijas Redzami bojājumi 27
Iedarbes Patstāvīgā slodze (G) Mainīgā slodze (Q) Ārkārtas slodze (A) Pašsvars Vējš Eksplozijas/uguns (LVS EN 1991-1-1) (LVS EN 1991-1-4) (LVS EN 1991-1-2) Nemainīgs aprīkojums Sniegs (LVS EN 1991-1-3) Trieciens (LVS EN 1991-1-7) Balstu sēšanās Lietderīgā slodze (LVS EN 1991-1-1) Ārkārtējā sniega s. (LVS EN 1991-1-3) Ūdens vai grunts spiediens Temperatūras izraisīti efekti Būvniecības laikā izraisīti efekti 28
LVS EN 1991-1-4 NA, Iedarbes uz konstrukcijām, 1-4 daļa, Vispārīgās iedarbes. Vēja iedarbes. v b,0 = 27 m/s; 25 km zonai, Baltijas jūras piekrastē v b,0 = 24 m/s; 15 km zonai, Rīgas jūras līča piekrastē v b,0 = 21 m/s; pārējā Latvijas teritorija 29
Parciālo koeficentu metode Iedarbju parciālie koeficenti Raksturīgā iedarbe Fk Materiāla īpašību parciālie koeficenti Neizdevīga reprezentatīvā iedarbe Frep Izdevīga reprezentatīvā iedarbe Frep,fav F 1 F,fav 1 Fd= FFrep Fd,fav= FFrep,fav Aprēķina iedarbe Fd Aprēķina iedarbe Fd 30 Koeficenti atrodami LVS EN 1990
Parciālo koeficentu metode Iedarbju parciālie koeficenti Materiāla īpašību parciālie koeficenti Situācija Simbols Vērtība Būves M0 1,00 M1 1,00 Mezgli M2 1,25 Raksturīgā pretestība Rk M Aprēķina pretestība Rd M3 1,25 M4 1,00 M5 1,00 M7 1,10 R d = R k / M 31
Piemērs STR (nestspējas aprēķini) EQU (līdzsvara stāvoklis) F,fav 1 F 1 32
Iedarbju kombinācijas ULS SLS Fundamentālā Ārkārtējās situācijas Seismiskās situācijas Raksturīgā (characteristic) Biežāk sastopama (frequent) Kvazi pastāvīga (quasi-permanent) 33
Iedarbju kombinācijas LVS EN 1990 Aprēķina efekts Pastāvīgās iedarbes Iepriekšējo saspriegumu Vadošo mainīgo iedarbes vērtību Pavadošo mainīgo iedarbes vērtību Efekts no Kombinācijā ar 34,,ξ- parciālie, samazinājuma un kombināciju koeficenti no EN 1990 un NA
Tipiskās iedarbju kombinācijas (Ražošanas vienstāva ēkas gadījumā nestspējas aprēķiniem*) Iedarbju gadījums Kombinācija LVS EN 1990 izteiksme Pastāvīgā (G) + mainīgā (Q) iedarbe 1,35Gk+1,5Qk+EHF 6.10 Pastāvīgā (G) + sniega (S) slodze 1,35Gk+1,5Sk+EHF 6.10 Pastāvīgā (G) + sniega (S) + vēja (W) 1,35Gk+1,5Sk+0,9Wk + EHF 6.10 Pastāvīgā (G) + vēja (W) + sniega (S) 1,35Gk+1,5Wk+0,75Sk+ EHF 6.10 Pastāvīgā (Gmin) + vēja (W) 1,0Gk+1,5Wk+EHF 6.10 Pastāvīgā (G) + ārkārtas (A) iedarbe 1,0Gk+1,0A+0,2Wk+ EHF 6.11b 1,5x0,5 Pārsvarā jumtiem tā ir ārkārtas sniega slodze (LVS EN 1991-1-3 +NA) EHF ekvivalentā horizontālā slodze ( EHF = 0,5% no stāva aprēķina vertikālās slodzes skat. slaidus Nr. 40-45), - parciālie un kombināciju koeficenti no LVS EN 1990 NA * - termiskās iedarbes nav iekļautas (LVS EN 1991-5); iedarbes no celtņu ceļu sijām norādītas LVS EN 1991-3 35
Tērauda konstrukciju aprēķina pēc robežstāvokļu metodes vispārējie principi Raksturīgās iedarbes un to kombinācijas tērauda karkasa ēkām Konstrukciju globālā un lokālā analīze Ēkas robustuma prasības Semināra 1b. daļa 36
Konstrukciju globālā analīze Effekti, kas jāievērtē globālajā analīzē: konstrukcijas un to balstu stingumi konstrukcijas noturības jautājumi (sistēmas, atsevišķo elementu un lokālie) izvēlēto elementu šķērsgriezumu ietekme (šķērsgriezumu klasifikācija) savienojumu ietekme (stiprība un stingums) nepilnības (globālās un atsevišķos elementos) 37
Konstrukciju globālā analīze cr = Fcr/Fed cr 10 - var lietot pirmās kārtas būvkonstrukciju aprēķinus (neievērtējot deformēto shēmu) (LVS EN 1993-1-1 p. 5.4.2 un 5.4.3) 38 (LVS EN 1993-1-1 formula 5.2)
Rāmju klasifikācija «ar savienojošām sistēmām»* (Braced) «bez savienojošām sistēmām»* (Unbraced) «sašķiebuma»* (Sway) «???» (Non-sway) cr 10 - «non-sway» Var būt «non-sway», ja pietiekami stinga sistēma Var būt «sway», ja saišu sistēma nav pietiekami efektīva Saišu efektivitātes novērtējums: ( cont )/ 0.80 39 * - terminoloģija latviešu valodā ņemta no LVS EN 1993-1-1 Bildes no professora Luís Simões da Silva prezentācijas, Stokholma, 2013
«Nepilnības» (Imperfections) EC3 prasa ievērtēt ģeometriskās un materiālu nepilnības būvkonstrukciju aprēķinos (LVS EN 1993-1-1 punkts 5.3.2) viegli izdarīt pielietojot ekvivalento horizontālo spēku (EHF) EHF = 0,5% no stāva aprēķina vertikālās slodzes (drošs vienkāršojums) Pieskaita katra stāva esošam horizontālajam aprēķina spēkam Aprēķina katra stāva horizontālās deformācijas Nosaka cr lielumu Nosaka konstrukciju pirmās vai otrās kārtas aprēķinu nepieciešamību Ja HEd 0,15VEd rāmju «nepilnības» var neņemt vērā (formula 5.7) 40
Piemērs (1) Iedarbju aprēķina vērtības: Jumts: 5.88 kn/m 2 EHF stāva līmenī: Pārsegumi: 13.38 kn/m 2 Jumts: 0,005x(0.5x28mx49m)x5.88kN/m 2 =20.2kN Pārsegumi: 0,005x(0.5x28mx49m)x13.38kN/m 2 =45.9kN 41 Piemērs no SCI PUBLICATION P365 «Steel building design: Medium rise braced frames»
Piemērs (1) Kopējā horizontālā slodze pārseguma līmenī HEd: (EHF) (Vējš) Jumts: 20.2+13.86=34.1 kn 4. st. : 45.9+27.72=73.6 kn 3. st. : 45.9+27.72=73.6 kn 2. st. : 45.9+30.03=75.9 kn Jumts 4. st.: HEd =34.1kN VEd =0.5x49m x28m x5.88kn/m 2 =4034kN h=3m H,Ed=3.0mm = 8.5 Horizontālie pārvietojumi: Kopējie Stāva 42
Piemērs (1) 4.st. 3. st.: HEd =34.1+73.6=107.7kN VEd =0.5 x 49m x28m x(5.88+13.38)= =13 210kN h=3m H,Ed=3.8mm Horizontālie pārvietojumi: Kopējie Stāva = 6.4 43
Piemērs (1) 3.st. 2. st.: HEd =34.1+73.6+73.6 = 181.3kN VEd =0.5 x 49m x28m x x(5.88+13.38+13.38)= =22 390kN h=3m H,Ed=4.2mm Horizontālie pārvietojumi: Kopējie Stāva = 5.8 44
Piemērs (1) 2.st. 1. st.: HEd =34.1+73.6+73.6+75.9=257,2kN VEd =0.5 x 49m x28m x x(5.88+13.38+13.38+13.38)= =31 570kN h=3.5m H,Ed=5.1mm Horizontālie pārvietojumi: Kopējie Stāva = 5.6 45
Piemērs (1) Sliktākais gadījums: αcr = 5.6 <10 Konstrukcijai pirmās kārtas aprēķini nav pietiekami Tā kā αcr 3, tad atļauts otrās kārtas efektus ievērtēt, palielinot horizontālās slodzes uz rāmi par: 1/(1-1/αcr)=1/(1-1/5.6)=1.22 (izteiksme 5.4; EC3-1-1) Apskatāmajā kombinācijā elementu aprēķiniem vēja slodze un EHF tiek palielināts par 22%, lai iekļautu otrās kārtas efektus 46
Lokālo nepilnību ievērtēšana globālajā analīzē Efekti uz diagonālajām saitēm, ko izraisa nepilnības kolonnu savienojumu vietās (montāžas savienojumos) Saitēm jāspēj uzņemt spēku, kas rodas kolonnu horizontālo balstījumu vietās (pārsegumu līmeņi) Šajos aprēķinos jāiekļauj tikai ārēji pieliktos spēkus 47
Būves robustuma prasības - LVS EN 1991-1-7 Ārkārtējās iedarbes 48
Būves robustuma prasības Klase 1 Dzīvojamās ēkas 4 stāvi; lauksaimniecības būves u.c. Klase 2a Zemākā riska grupa 5 stāvu dzīvojamās ēkas; viesnīcas, biroju ēkas 4 stāvi; izglītības iestādes; industriālās būves 3 stāvi u.c. Klase 2b Augstākā riska grupa Dzīvojamās ēkas, viesnīcas, izglītības iestādes, biroju ēkas u.c. 15 stāvi; slimnīcas 3 stāvi u.c. Klase 3 Viss, kas neietilpst zemākās klasēs; būves, kurās tiek uzglabātas bīstamas vielas u.c. 49
Būves robustuma prasības Klase 1 Nekādas papildus prasības nav dotas neidentificētu ārkārtas gadījumu ievērtēšanai Klase 2a Zemākā riska grupa Papildus jānodrošina efektīvas horizontālas saites (tying); (stiepes spēks dots LVS EN 1991-1-7, A.5 punktā) Klase 2b Augstākā riska grupa horizontālas saites un vertikālais saites visām kolonnām vai katras balsta kolonnas un katras sijas, kas balsta kolonnu iedomāta aizvākšana (viena vienā reizē katrā ēkas stāvā) Klase 3 Jāveic ēkas sistemātiska riska novērtēšana, ņemot vērā gan paredzamās, gan neparedzamās briesmas (LVS EN 1991-1-7, pielikums B) 50
Būves robustuma prasības Klase 2a Zemākā riska grupa Klase 2b Augstākā riska grupa + 51 Bildes no http://www.steelconstruction.info
Būves robustuma prasības Klase 2b Augstākā riska grupa Alternatīvi risinājumi: Nosacītā kolonnu noņemšana «Atslēgas (Key)» elementu paņēmiens 52 Bildes no http://www.steelconstruction.info
Sakārtosim mūsu profesionālo vidi kopā! 15:00 15:30 (30 min.) 53