Okno grup obciążeń, obwiednia i kombinatoryka wg Eurokodów PN-EN

W przypadku wybrania przez użytkownika dla danego projektu  zestawu Norm Eurokodowych zmianie ulega dotychczasowe okno Grup obciążeń.

Rys. 3.7 Okno Grup obciążeń dla zestawu Norm Eurokodowych

Okno  Grup obciążeń zostało podzielone na dwie odrębne tabele: górną i dolną. W tabeli górnej zdefiniowano analogicznie jak w przypadku Norm polskich grupy obciążeń zadane w projekcie przez użytkownika. Między tymi grupami użytkownik ustawia relacje w Oknie definiowania zależności grup obciążeń, na podstawie których budowana jest obwiednia sił wewnętrznych i naprężeń. Analogicznie jak w przypadku obliczeń dla Norm Polskich tabela zawiera definicję typu grupy obciążenia (stała, zmienna, multi, ruchoma) oraz jej charakteru. Nowością w tym przypadku jest przypisanie do danej grupy obciążeń zdefiniowanych przez użytkownika, rodzaju oddziaływania określonego przez normy eurokodowe. Zlikwidowano również bezpośrednie przypisanie współczynników obciążenia do grup obciążenia użytkownika i przypisano je od grup obciążeń pośrednio, właśnie przez określenie rodzaju oddziaływania. W programie predefiniowano pięć podstawowych rodzajów oddziaływania określonych przez Eurokody: stałe, użytkowe, wiatr, śnieg i temperatura. Wszystkie predefiniowane rodzaje oddziaływania występują zawsze w projekcie i nie można ich usunąć. Natomiast przypisanie rodzaju oddziaływań do grup obciążeń użytkownika zależy w całości od jego wyboru. Przeważnie do wszystkich grup stałych powinien być przypisany stały rodzaj oddziaływania, do grup obciążenia wiatrem – rodzaj oddziaływania wiatr, do grup obciążenia śniegiem – rodzaj oddziaływania śnieg. Największą niejasność wprowadza Eurokod w kwestii pozostałych obciążeń zmiennych, czy należy je traktować całościowo jako jeden rodzaj oddziaływania użytkowego i kiedy (choć oczywiście ze względu na kombinatorykę po grupach zawsze w postaci wielu grup obciążeń), czy też raczej rozbijać pozostałe obciążenia zmienne w zależności od pochodzenia obciążenia i wówczas oddzielnym grupą przypisywać odrębne rodzaje oddziaływania użytkowego. Czy np. powierzchnie handlowe i powierzchnie ruchu pojazdów, ze względu na tą samą wartość współczynnika kombinacyjnego ψ0=0.7  traktować jako ten sam typ oddziaływania użytkowego, czy jako odrębne ( i wówczas tylko jedno z nich będzie jednocześnie wiodące). Tego typu decyzje projektant musi podejmować samodzielnie, a funkcjonalność programu nie stanowi tu żadnego ograniczenia.

W dolnej tabeli podano definicję oddziaływań predefiniowanych oraz ewentualnie dodatkowe definicje oddziaływań zdefiniowane przez użytkownika. Na definicję oddziaływania składają się parametry umieszczone w kolejnych kolumnach tabeli dolnej:

•      Nazwa oddziaływania – predefiniowana lub nadawana przez użytkownika nazwa widoczna w tabeli górnej jako dostępny rodzaj oddziaływania.

•      γ_{f,inf (min)} i γ_{f,sup (max)} - współczynniki  częściowe dla oddziaływania minimalny i maksymalny (współczynniki obciążenia)

•      ψ₀  lub ξ - współczynnik kombinacyjny jednoczesności występowania danego oddziaływania w kombinacji lub współczynnik redukcyjny dla niekorzystnych oddziaływań stałych

•      ψ₂  - współczynnik redukcyjny dla oddziaływań quasi-stałych (używany w programie do wyznaczania ugięcia i przemieszczenia finalnego z uwzględnieniem pełzania, przy wymiarowaniu drewna wg Eurokodu)

Ostatnią kolumnę tabeli definicji oddziaływania stanowi znacznik określający czy dane oddziaływanie zmienne ma być rozpatrywane w trakcie budowania kombinacji jako wiodące. Jeśli użytkownik ma pewność, że jakieś oddziaływanie zmienne w ramach danego projektu nigdy nie powinno być rozpatrywane jako wiodące, może ten znacznik dla danego oddziaływania odznaczyć. W każdym innym przypadku wszystkie oddziaływania zmienne powinny móc być rozpatrywane jako obciążenie wiodące w rozumieniu Eurokodu PN-EN 1990.

Kombinatoryka po grupach obciążeń przy obliczeniach wg Eurokodu przebiega nieco inaczej niż w przypadku norm polskich. Obwiednia sił wewnętrznych i naprężeń w każdym punkcie pręta, budowana jest na podstawie zadanych zależności grup obciążeń, dla obciążeń charakterystycznych. W ten sposób ustalana jest minimalna i maksymalna wartość obwiedni w danym punkcie i zestawy grup obciążeń budujące te ekstrema. Następnie tak wybrany zestaw wartości od kombinacji grup obciążeń, wymnażany jest przez najbardziej niekorzystny dla danego ekstremum zestaw współczynników γ_{f,inf (min)} i γ_{f,sup (max)}  oraz ψ₀  lub ξ (z uwzględnieniem najbardziej niekorzystnego dla danego ekstremum oddziaływania wiodącego), zgodnie z poniższymi wzorami kombinacyjnymi Eurokodu PN-EN 1990 stosowanymi w przypadku trwałych lub przejściowych sytuacji obliczeniowych (kombinacje podstawowe), zalecanymi do projektowania przez załącznik krajowy:

gdzie:

Σ -  oznacza  ,,należy  uwzględnić w kombinacji  z" a „+” - oznacza  ,,łączny  efekt oddziaływań"

G_k,i – oznacza charakterystyczne oddziaływanie stałe

Q_k,1 – oznacza charakterystyczne oddziaływanie zmienne wiodące

Q_k,i – oznacza pozostałe charakterystyczne oddziaływania zmienne

γ_G,j γ_Q,1 γ_Q,j – oznaczają współczynniki obciążenia do oddziaływań stałych i odpowiednich zmiennych.

ψ_0,1 – odpowiedni współczynnik kombinacyjny dla danego oddziaływania wiodącego

ψ_0,i –współczynniki kombinacyjne dla pozostałych oddziaływań zmiennych

ξ - współczynnik  redukcyjny  dla niekorzystnych  oddziaływań  stałych  G_k,j

Współczynniki obciążenia dla obciążeń charakterystycznych (stałych i zmiennych) powinny być przyjmowane wg zaleceń Eurokodu ,  zgodnie z tabelą jak niżej:

Współczynniki obciążenia wg Norm Eurokodowych:

Analogicznie współczynniki kombinacyjne ψ_0,1  i  ψ_0,i  należy przyjmować zgodnie z wytycznymi poniższej tabelki (przy czym dla stanów nieodwracalnych ULS i SLS wybieramy wartość kombinacyjną - ψ0 a dla odwracalnych stanów ULS i SLS – wartość częstą - ψ1):

Zalecane wartości współczynników ψ dla budynków:

W programie domyślne, predefiniowane typy oddziaływania w stanie granicznym nośności (ULS) i użytkowania (SLS)  potraktowano jako nieodwracalne i zastosowano wartości kombinacyjne współczynników - ψ0.

Poza predefiniowanymi oddziaływaniami użytkownik może dodawać i usuwać własne definicje oddziaływania zmiennego (np. z wartościami częstymi współczynników ψ) i następnie przypisać je do odpowiedniej grupy obciążeń. Sytuacja taka może wystąpić najczęściej wówczas gdy w ramach jednego projektu wystąpią oddziaływania użytkowe o różnym charakterze i różnych współczynnikach kombinacyjnych. Należy przy tym pamiętać że każde rozbudowanie projektu o dodatkowe grupy obciążeń i przypisane do nich dodatkowe rodzaje oddziaływań, może istotnie wpływać na czas wykonywanych obliczeń a zwłaszcza na czas budowania obwiedni sił wewnętrznych i naprężeń.

Kombinatoryka wg zaleceń Eurokodu z uwzględnieniem oddziaływań wiodących, współczynników kombinacyjnych i redukcyjnych uwzględniana jest również dla grup zmiennych typu multi i grup obciążenia ruchomego.

W aktualnej wersji programu, kombinatoryka wg zaleceń Eurokodu PN-EN 1990 z wykorzystaniem opisanych powyżej współczynników kombinacyjnych i redukcyjnych uwzględniana jest przy wymiarowaniu konstrukcji w stanie granicznym nośności (ULS) we wszystkich modułach wymiarujących wg Eurokodu oraz przy wyznaczaniu szerokości rozwarcia rys w module  EuroŻelbet.  Przy obliczeniach wielkości obwiedni ugięć i przemieszczeń wg Eurokodu aktualnie uwzględniane są obciążenia charakterystyczne, bez uwzględniania współczynników kombinacyjnych i redukcyjnych.

W przypadku występowania w projekcie cięgien i wybraniu opcji obliczeń z uwzględnieniem cięgien, analogicznie jak w przypadku Norm Polskich, w trakcie obliczeń nie jest wykonywana obwiednia i kombinatoryka wg założeń Eurokodu. Dla tego typu projektów użytkownik sam powinien zbudować właściwe kombinacje obciążeń uwzględniając odpowiednie współczynniki obciążenia, częściowe współczynniki kombinacyjne i współczynniki redukcji wynikające z założeń Eurokodu, oraz dokonać wyboru odpowiednich grup wiodących w ramach definiowanej kombinacji.

Poza opisanymi powyżej zmianami interfejsu dotyczącymi kombinatoryki obciążeń wg norm eurokodowych, niewielkiej zmianie uległ również sposób prezentacji wyników statyki, gdzie dla obwiedni sił wewnętrznych i naprężeń, dla grup obciążeń budujących dane ekstremum, widocznych na zakładce Wyniki, w nawiasie podano dodatkowo wynikowy mnożnik przez jaki przemnożono wartości charakterystyczne od tej grupy dla danego ekstremum.

Analogicznie rozbudowano raport z obliczeń statycznych, który w tym przypadku uzupełniono o tabelę definicji rodzajów oddziaływań zdefiniowanych w projekcie, ich przypisanie do poszczególnych grup obciążeń a wyniki ekstremów obwiedni uzupełniono o podane w nawiasach wynikowe mnożniki przypisane do poszczególnych grup obciążeń, budujących dane ekstremum (analogicznie jak na zakładce Wyniki).