Obliczenia konstrukcji

Bezpieczeństwo i długowieczność konstrukcji drewnianych zależny od wielu czynników. Jednym z nich jest etap projektowy. Ma on fundamentalne znaczenie dla dalszych prac nad konstrukcją. Na tym etapie zapadają decyzje o doborze materiałów, rodzaju i ilości zastosowanych połączeń, czy też technologii prefabrykacji i montażu konstrukcji. 

Przy wymiarowaniu konstrukcji drewnianych należy uwzględnić różne aspekty: wytrzymałościowe (SGN stan graniczny nośności), użytkowe (SGU stan graniczny użytkowania) oraz bezpieczeństwa (OO odporność ogniowa).

Wymiarowanie konstrukcji drewnianych wymaga uwzględnienia zarówno nośność belek oraz ich wzajemnych połączeń. Szczególną grupą połączeń są połączenia ciesielskie. Dobór parametrów połączeń ciesielskich wpływa na wzajemnie łączone elementy.

Przetestuj możliwości programu DC-Statik !
Pobierz bezpłatną wersję DC-Statik.
pobierz Schatten

Obliczenia konstrukcji

Drewno to uniwersalny budulec, stosowany niemal od początków dziejów ludzkości. Przez wiele lat zasady ich budowy oparte były jedynie na zdobytych doświadczeniach, przekazywanych kolejnym pokoleniom cieśli. Rozwój nauk technicznych umożliwił usystematyzowanie posiadanej wiedzy i zapisanie jej w formie wzorów i algorytmów obliczeniowych. Obecnie stosowane metody obliczeniowe bazują na metodzie stanów granicznych nośności oraz użytkowości. Metoda ta zakłada, że naprężenia w elementach konstrukcji oraz ich węzłach nie przekroczą wartości granicznych w żadnej z przyjętych kombinacji obciążeń. Dodatkowe kryterium jest stosowana w zakresie przemieszeń konstrukcji, które również nie mogą przekroczyć wartości granicznych. 

Podstawowym dokumentem określającym zasady obliczeń konstrukcji drewnianych jest norma. Prze wiele lat stosowana była polska norma PN-B-03150: Konstrukcje z drewna i materiałów drewnopochodnych – Obliczenia statyczne i projektowanie. Od kwietnia 2010 norma PN-B-03150 została zastąpiona normą PN-EN 1995-1-1:2010 Eurokod 5: Projektowanie konstrukcji drewnianych, Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dotyczące budynków. 

Ognioodporność

Drewno jest świetnym budulcem. Posiada wiele zalet, dlatego jest tak powszechnie wykorzystywany w budownictwie i nie tylko. Niestety posiada również i swoje wady. Jedną z nich jest łatwopalność. Drewno podane działaniu wysokiej temperatury /powyżej 250oC/ wydziela gazy. Są one łatwopalne i ulegają zapłonowi. Dla drewna przyjmuje się temperaturę samozapłonu na poziomie 300oC- 470oC.

Jednym ze sposobów podniesienia ognioodporności konstrukcji jest zastosowanie środków chemicznych w postaci różnorodnych powłok. Działanie ich może polegać na wydzielaniu niepalnych gazów lub tworzeniu specjalnej ochronnej powłoki ograniczającej dopływ tlenu. 

Obliczenia konstrukcji drewnianych pod względem odporności ogniowej należy realizować zgodnie z normatywem PN-EN 1995-1-2 Eurokod 5: Projektowanie konstrukcji drewnianych. Część 1-2: Postanowienia ogólne. Projektowanie konstrukcji z uwagi na warunki pożarowe. Norma wprowadza klasy ognioodporności wyrażone w postaci skrótów np. R30. Wartość liczbowa określa minimalny czas wyrażony w minutach od momentu rozpoczęcia pożaru, do chwili gdy element konstrukcji lub cała konstrukcja przestaje spełniać swoją funkcję nośną. Im wyższa ognioodporność tym konstrukcja bardziej jest bezpieczna.

W obliczeniach należy uwzględnić zakres ekspozycji elementów na działanie ognia. Istotnym elementem analizy jest uwzględnienie rodzajów występujących w nim naprężeń (ściskanie/rozciąganie, zginanie). Rodzaj podpory (palna/niepalna) i sposób podparcia ma również znaczenie.

Połączenia ciesielskie

Tradycyjne połączenia ciesielskie stosowane są od setek lat. Zostały opracowane do wzajemnego łączenia elementów drewnianych. W połączeniach wykorzystuje się wiedzę o właściwościach materiału oraz charakterze pracy danego połączenia.

Połączenia ciesielskie spełniają bardzo różnorodne funkcje w konstrukcji drewnianej. Podstawowe zastosowanie to funkcja montażowa. Stosuje się je w węzłach o niewielkim obciążeniu (połączenie mieczy ze słupem i płatwią). Połączenia ciesielskie stosuje się również do przenoszenia dużych obciążeń. Węzły oparcia pasa górnego na dolnym w konstrukcji wiązara, czy też oparcia belek stropowych na podciągu to klasyczne węzły konstrukcyjne.

Bez względu na charakterek połączenia ciesielskiego, każde nawet mało istotne połączenie powinno zostać poddane analizie wytrzymałościowej i zostać z wymiarowane. Specyfiką połączeń ciesielskich jest to, że połączenie kształtują wzajemne wycięcia w elementach tworzących połączenie. Z tego względu, niekorzystnym może być zarówno zbyt płytkie jak i zbyt głębokie wycięcie.

Parametry połączeń wpływają na analizą wytrzymałościową całego elementu drewnianego. Każde wycięcie, gniazdo, fazowanie czy też wiercenia wpływa na osłabienie przekroju analizowanych elementów.

Prawidłowe stosowanie połączeń ciesielskich wymaga obliczeń wytrzymałościowych. W obliczeniach należy uwzględnić:

  • łączniki (gwoździe, śruby) – ich zadaniem jest stabilizacja położenia łączonych elementów oraz przenoszenie obciążeń
  • parametry połączenia – obliczone i dobrane parametry połączenia do obciążenia elementów

Szczególną uwagę należy zwrócić na połączenia, które przenoszą duże obciążenia: wręby, półczopy jaskółczy ogon, nakładki, nakładki skośne.

Połączenia inżynierskie

W budownictwie drewnianym powszechnie stosuje się okucia inżynierskie. Umożliwiają one szybkie i bezpieczne łącznie elementów lecz także charakteryzują się zwiększoną nośnością w porównaniu do tradycyjnych połączeń ciesielskich. 

Upowszechnienie stosowania okuć inżynierskich spowodowało wysyp różnorodnych okuć, często o bardzo specjalistycznych zastosowaniach. Na rynku jest duża grupa producentów okuć, oferująca produkty o zbliżonych parametrach lecz różniących się algorytmem obliczeniowym, nośnością oraz ceną.

Każde z okuć posiada kartę techniczną, która zawiera informacje o parametrach nośności, algorytmie obliczenia nośności oraz zasadach zastosowania okucia. Obliczenia okuć inżynierskich sprawdzają się do weryfikacji nośności wybranego okucia pod kątem przyjętych obciążeń w stanie pełnego lub częściowego gwoździowania. Metodologia obliczeniowa może się różnić między różnymi producentami okuć.

DC-STATIK umożliwia analizą nośności okuć inżynierskich różnego rodzaju: wsporniki belek /zewnętrzne i ukryte/. Posiada bibliotekę okuć różnych producentów. Umożliwia obliczenia porównawcze dla różnych wariantów gwoździowania oraz różnych producentów. Jest to proste i szybkie narzędzie do wymiarowania okuć inżynierskich.

Więcej informacji o obliczeniach konstrukcji drewnianych ?
Odwiedź stronę domową programu DC-Statik
strona DC-Statik Schatten
© 2017 dietrichs.com