Blacha trapezowa tak samo jak większość produktów pochodzących z procesu formowania na zimno są powszechnie używane przy budowie tych obiektów, które mają przede wszystkim spełniać swoją funkcję użytkową, a nie zdumiewać architektoniczną formą. Oczywiście nie znaczy to, że obiekty te nie mogą zachwycać swoją architekturą, po prostu nie to jest ich głównym zadaniem. Sama blacha trapezowa, w swojej najprostszej formie, najczęściej znajduje zastosowanie jako pokrycie dachów lub okładzina ścian. Często tam, gdzie aspekty izolacyjności termicznej nie są priorytetem. Czyli na przykład jako okładzina zewnętrzna budynków magazynowych, garaży czy nowe pokrycie dachu starej stodoły. W tym artykule przejdziemy przez procedurę zestawiania obciążeń na połać przykładowego dachu o geometrii jak na szkicu.

Rys. 1.: Schemat dachu dwuspadowego

Sytuacja obliczeniowa

Aby ułatwić rozważania przyjmiemy pewien przykład obliczeniowy. Będzie to dach dwuspadowy o pochyleniu połaci 30 stopni. Na konstrukcje dachu składają się krokwie oraz przybite gwoździami łaty prostokątne o przekroju 4x3cm w rozstawie osiowym 50cm. Celem naszych obliczeń będzie wyznaczyć wartości obciążeń w celu dobrania odpowiedniej blachy trapezowej na podstawie przykładowych tablic nośności.

Zestawienie obciążeń

Należy uwzględnić 4 typy obciążeń jakie mogą wystąpić w cyklu życia naszego wzorcowego dachu:

  1. ciężar własny pokrycia
  2. obciążenie śniegiem
  3. obciążenie wiatrem
  4. obciążenie użytkowe

Dokładny opis schematów obciążeń jakie należy przeanalizować oraz numeryczne wartości tych obciążeń można znaleźć w odpowiednich normach projektowych. Mamy tu na myśli: EN1990, EN1991-1-1 EN1991-1-3 i EN1991-1-4.

Ciężar własny pokrycia dachowego

Zaraz, zaraz! Przecież, żeby określić ciężar własny pokrycia musimy znać profil i grubość blachy. Tak, ale porównując ciężar blachy do obciążeń zmiennych szybko się przekonamy, że ciężar własny jest właściwie pomijalny. Blacha o wysokim profilu, rzędu 100mm i grubości 0.90mm będzie ważyła w przeliczeniu na metr kwadratowy około 10kg/m2 co daje ciężar 0.10kN/m. Dla porównania blacha o profilu 18mm i grubości 0.50mm będzie ważyła około 5kg/m2 co daje ciężar 0.05kN/m2. Dla świętego spokoju założymy, że ciężar ten wynosi 0.10kN/m2.

Obciążenie śniegiem

Obszar naszego kraju został podzielony na 5 stref intensywności obciążenia śniegiem. W 90% przypadków obciążenie śniegiem przypadające na jednostkę powierzchni gruntu będzie się wahać pomiędzy 0.70 a 1.20 kN/m2. Będą to obszary w strefach oznaczonych numerem 1,2 i 3 z wyłączeniem obszarów górskich znajdujących się w tych strefach. W celu wyznaczenia dokładnej wartości obciążenia śniegiem należy zaglądnąć do normy EN1991-1-3, z której też została zacytowana poniższa mapa Polski. Tu przyjmiemy, że obciążenie śniegiem gruntu dla rozważanego dachu wynosi 1.20kN/m2.

Rys. 2.: Podział Polski na strefy obciążenia śniegiem

Warto sobie uzmysłowić ile potrzeba śniegu, aby wygenerować takie obciążenia. Świeży puch waży około 200kg/m3 a mokry lub topniejący śnieg będzie ważył nawet 4 razy więcej. Oznacza to jednak, że aby wystąpiło obciążenie śniegiem zalecane przez normę, będzie trzeba liczyć na zimę stulecia. Mówiąc ściśle, będzie to zima pięćdziesięciolecia bowiem norma zakłada dwuprocentowe (2%) roczne prawdopodobieństwo wystąpienia takiego opadu śniegu. A więc będzie trzeba czekać średnio 50 lat.

Dalej, należy uwzględnić, że obciążenie to jest wyznaczana na powierzchnie gruntu. Dla dachu dwupołaciowego będzie należało wartość obciążenia przemnożyć przez współczynnik kształtu dachu u1=0.80. Jest to wartość maksymalna tego współczynnika, dla bardziej pochyłych połaci współczynnik ten będzie przyjmował stopniowo malejące wartości. Tak więc obciążenie charakterystyczne śniegiem wynosi sk=0.96kN/m2. Jest to wartość obciążenia przypadająca na metr kwadratowy rzutu poziomego.

3. Obciążenie wiatrem

Sytuacja z wiatrem wygląda podobnie. Norma EN1991-1-4 dzieli kraj na 3 strefy i dla każdej strefy podaje bazową prędkość wiatru w funkcji wysokości nad poziomem morza. Podział kraju na strefy oddziaływania wiatru zobaczysz na mapie załączonej poniżej. Typowe prędkości wiatru przyjmowane w projektowaniu będą się wahały w przedziale od 24 do 30m/s. Jest to niemalże huraganowy wiatr o prędkości przekraczającej 100km/h. Jednak nas będzie interesowało jak prędkość wiatru przekłada się na obciążenia na projektowany dach.

Rys. 3.: Podział Polski na strefy obciążenia wiatrem

Dokładna procedura wyznaczania obciążenia wiatrem na powierzchnię dachu lub ściany będzie tematem oddzielnego wpisu. Dajcie znać w komentarzach jakie dachy sprawiają wam najwięcej problemów. My przyjmiemy, że wartość charakterystyczna szczytowego ciśnienia wiatru qp będzie wynosić 0.60kN/m2.

Jeszcze współczynniki ciśnienia wiatru. W zależności od geometrii, kąta nachylenia połaci, czy sumarycznej powierzchni otworów w przegrodach, wartości te będą się różnić. Należy też koniecznie zauważyć, że wiatr powoduje nie tylko parcie na powierzchnie nawietrzną ale również ssanie na powierzchnie po stronie zawietrznej. Dodatkowo należy się spodziewać  silniejszych podmuchów wiatru na fragmenty przegrody o powierzchni poniżej 10m2.

Mając to wszystko na uwadze może się zdarzyć, że wartości obciążenia wiatrem będą następujące:

  • parcie wiatru  wp = 1.44kN/m2
  • ssanie wiatru ws = -2.88kN/m2

Są to obciążenia prostopadłe do połaci dachu.

Obciążenie użytkowe

Nawet jeśli powierzchnia dachu nie jest przeznaczona na użytkowanie, może się zdarzyć, że będzie potrzeba na niego wejść. Chociażby ze względu na konieczność montażu anteny czy instalacji odgromowej. Zaleca się rozważyć obciążenie skupione 1kN reprezentujące ciężar człowieka z narzędziami.

Podsumowanie obciążeń

Wykorzystując zależności trygonometryczne bliżej przedstawione tutaj, obciążenia należy ostatecznie zrzutować na tę samą płaszczyznę. Zestawienie obciążeń najlepiej będzie przedstawić w formie tabeli:

Obc. charakterystyczne Obc. zrzutowane
Ciężar własny
[kN/m2]
0.10 0.10
Śnieg
[kN/m2]
0.96 0.83
Wiatr – parcie [kN/m2] 0.60 0.60
Wiatr – ssanie [kN/m2] -1.10 -1.10
Obciążenie użytkowe
[kN]
1.00 0.87

Kombinacje obciążeń

Jakie jest prawdopodobieństwo, że wszystkie z tych obciążeń wystąpią równocześnie w maksymalnej możliwej dozie? Znikome, dlatego norma oznaczona numerem EN1990 podaje współczynniki kombinacji obciążeń oraz formuły jak poszczególne przypadki obciążenia należy ze sobą łączyć.

Podanych sytuacji obliczeniowych, które należy mieć na uwadze podczas projektowania jest wiele. Jednak nie wszystkie mają zastosowanie w danym przypadku. Wynika to z samej koncepcji projektowania jaką przyjmują Eurokody, mianowicie projektowanie stanów granicznych (z angielskiego: Limit State Design). Temu tematowi również poświęcimy oddzielny wpis. Teraz tylko wymienimy te kombinacje obciążeń, które będą nas interesowały oraz wyznaczymy obciążenie obliczeniowe.

Stan Graniczny Nośności – SGN

W tym miejscu sprawdzamy czy nowy dach nie zawali się komuś na głowę. To ważne. Przed awarią dachu można więc dopuścić lokalne uszkodzenia. Nawiązuje tu do możliwości projektowania konstrukcji z lokalnymi odkształceniami plastycznymi. Jest to kolejny bardzo ciekawy temat, który pozwoli uzyskać nawet trzydziestoprocentowe (30%) oszczędności materiału! Jako uproszczenie często uznaje się, że stan graniczny nośności zostaje osiągnięty w momencie wystąpienia pierwszego naprężenia równego granicy plastyczności. Do takiego podejścia też zostanie ograniczony projekt zadanego pokrycia. Czas wyznaczyć obciążenia do wymiarowania:

Stan Graniczny Użytkowalności – SGU

Jest to sprawdzenie mająca na celu zapewnić, że dana konstrukcja będzie wyglądała i funkcjonowała jak należy. Często sprawdzenie SGU ogranicza się to do porównania ugięć pod wpływem obciążeń prawie stałych z pewną ustaloną wartością.  Warto odnotować, że to właściciel budynku decyduje o wymaganiach tego sprawdzenia. Zaleca się aby ugięcia dachu nie przekraczały L/200 gdzie L to rozpiętość przęsła.  Obciążenia potrzebne do wymiarowania:

Wybór blachy trapezowej

Mając przygotowane obciążenia należy znaleźć lokalnego producenta blachy trapezowej i porównać przygotowane wartość z tablicami nośności. Tablice nośności podają maksymalne wartości dopuszczalnego obciążenia. Są przygotowywane przez projektantów specjalizujących się w obliczeniach danego produktu. Jest to prosty i wygodny sposób doboru odpowiedniego produktu budowlanego na nasze potrzeby.

W kolejnych wpisach poświęconych tematyce konstrukcji stalowych przyjrzymy się dokładnie temu jak powstają tablice nośności oraz co jest potrzebne do ich przygotowania. A może chciałbyś dowiedzieć się czegoś więcej na temat innych produktów? Daj nam znać w komentarzach a my przygotujemy odpowiedź na nurtującej Cię pytania.

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Proszę wpisać swój komentarz!
Proszę podać swoje imię