NCCI: Zjednodušené přístupy ke stanovení ekvivalentních vodorovných sil pro globální analýzu vyztužených a nevyztužených rámů

Transkript

1 NCCI: Zjednodušené přístupy ke stanovení ekvivalentníc vodorovnýc sil pro globální analýzu vyztuženýc a nevyztuženýc ráů Tento NCCI předkládá zjednodušený bezpečný přístup k použití ekvivalentníc vodorovnýc sil jako náradu počátečníc iperfekcí soustavy ve tvaru naklonění sloupů ezi přilelýi podlažíi a silai ve stycíc sloupů u vyztuženýc ráů. Obsa 1. Úvod 2 2. Počáteční iperfekce ve tvaru naklonění vícepatrovýc ráů 2 3. Naklonění sloupů ezi přilelýi podlažíi 3 4. Místní síly ve stycíc sloupů ztuženýc ráů 3 5. Návrová doporučení 4 6. Lokání iperfekce v globální analýze 5 7. Interakce ezi únosností s vlive iperfekcí a poěry pružnéo kritickéo zatížení vyztuženýc konstrukcí 5 Příloa A Určení rozodujícíc ekvivalentníc vodorovnýc sil 7 Strana 1

2 1. Úvod Všecny konstrukce vykazují iperfekce a pro analýzu ocelové konstrukce nora EN explicitně definuje přípustné eze, které pokrývají jejic vlivy. Zacázení s iperfekcei podle EN je příliš obecné, aby se dalo použít na všecny tvary ocelovýc konstrukcí. Tento NCCI poskytuje zjednodušený přístup k těto vlivů, zaěřený na vodné zacázení s iperfekcei u nízkýc a středně vysokýc vícepodlažníc budov. Navruje součinitele vodorovnýc sil, které jsou jednoducé pro použití a které budou znáé zkušený uživatelů dřívějšíc národníc návrovýc nore. 2. Počáteční iperfekce ve tvaru naklonění vícepatrovýc ráů EN (3)a a obr. 5.2 (uvedený níže jako obr. 2.1) definuje globální iperfekce ve tvaru počátečnío naklonění. Ty by ěly být použity na všecny ráy, vyztužené nebo nevyztužené, které by oly selat vybočení, Obr. 2.1 Ekvivalentní iperfekce ve tvaru počátečnío naklonění (převzaté z EN obr.5.2) EN (7) stanoví, že svislé iperfekce oou být přerozděleny systée vodorovnýc sil zavedenýc pro každý sloup jako N. Tento NCCI doporučuje, aby bylo použito ekvivalentníc vodorovnýc sil, ísto geoetrické iperfekce v odelu. To je proto, že: Iperfekce usí být vyzkoušena v každé sěru, aby se vyšetřil největší vliv, a je snazší použít zatížení než odifikovat geoetrii Aplikace zatížení nepůsobí probléy s proěnou po délce, jež by nastala, když by byly nakloněny sloupy budov, jejicž patky sloupů jsou v různýc úrovníc. Strana 2

3 3. Naklonění sloupů ezi přilelýi podlažíi EN (5) a obr. 5.3 (uvedený níže jako obr. 3.1) definuje iperfekce ve tvaru naklonění a přidružené vodorovné síly, které je třeba vzít v úvau v důsledku naklonění sloupů ezi přilelýi podlažíi. N N /2 H i = N H i = N /2 N Obr. 3.1 Uspořádání iperfekcí ve tvaru naklonění pro určení vodorovnýc sil v příčlíc stropů (převzato z EN obr. 5.3) Obrázek ukazuje dva případy. V obou případec vzniká vodorovný syk od N. 4. Místní síly ve stycíc sloupů ztuženýc ráů EN (4) a obr. 5.7 (uvedený níže jako obr. 4.1) vyžaduje, aby ztužení bylo scopno odolat lokální síle jakéokoli styku N /100 kde 1 = 0,5 1 + kde je počet prvků, které ají být zajištěny, ve syslu 5.3.3(1). Není to totéž jako definice, která á být použita při výpočtu iperfekce ve tvaru příčnéo naklonění. Strana 3

4 N Φ N Φ 1 2 Φ N 2 Φ N Φ N Označení: 1 Styk 2 Ztužidlo Φ= Φ 0 : Φ 0 = 1/200 2Φ N = N /100 Obr. 4.1 Místní síly ve stycíc tlačenýc prvků (převzato z EN obr. 5.7) 5. Návrová doporučení Na základě podkladovýc studií uvedenýc v Příloze A, je ožno učinit tato jednoducá bezpečná doporučení pro návr. (Detailnější použití Eurokódu 3 by olo za některýc okolností snížit návrové iperfekce o 50%, ale tyto síly jsou stejně alé.) 5.1 Ztužené a nevyztužené ráy 1. Použij ekvivalentní vodorovné síly o velikosti 0,5% svislýc sil, kdykoliv se tyto objeví. Tak patrové posouvající síly v každé úrovni budovy budou 0,5% celkovýc sil sora. To bude narazovat všecny iperfekce, které způsobují patrové posouvající síly. Tyto síly by ěly být vzaty v úvau ve všec ožnýc vodorovnýc sěrec, avšak použít dle úvay pouze v jedno sěru. (Podle EN (10) by ěly být uvažovány ožné kroutící vlivy na konstrukci, způsobené antietrickýi příčnýi salai na dvou protilelýc plocác. Tento vliv je u budovy o veli ale torzní tuosti význaný pouze v projektu, avšak není pravděpodobné, že by se taková situace vyskytla v praxi.) 2. Překontroluj, zda jsou všecny sloupy připojeny ke vše přípojný nosníků s iniální únosností 1,0% síly ve sloupu, tj. že únosnost spoje nosníku a sloupu je při nejenší 0,01 N,sloupu. Strana 4

5 5.2 Další požadavky na ztužené ráy Překontroluj, že všecny ekvivalentní vodorovné síly ve sloupu oou být převedeny do příslušnéo ztužujícío systéu. Aby tato podínka ola být dodržena, usí být využita tuost stropní desky. Ve sodě s EN (1) ůže být použit redukční součinitel = 1 0,5 1 +, kde je počet drženýc sloupů. 5.3 Kritéria použitelnosti Jak je vysvětleno v odst. 7 dole, použití těcto iniálníc ekvivalentníc vodorovnýc sil povede pravděpodobně ke konstrukcí, které jsou příčně pružné. V počáteční stádiu vývoje určitéo návru se proto doporučuje zajistit, že to vyoví kriterií vodorovnýc průybů. 6. Lokální iperfekce v globální analáze Pro ztužené ráy jednoducé konstrukce (viz SN020) v konstrukcíc s pravidelnou geoetrií, není nutné používat zakřivené iperfekce v globální analýze, jako EN (6), protože ta není patrová posouvající síla, jestliže tuost nosníku a styčníku je stejná na každé konci sloupovéo segentu ta jsou jenovitě spojeny styčníky nosník-sloup, tuost nosníku a styčníku bude podobná v úrovni každéo podlaži každá patrová síla vzniklá z rozdílů tuosti nosníku a styčníku bude alá a nepřesáne návrové síly ani (i) z globálníc příčnýc iperfekcí, ani (ii) ze sil sloupu do tuýc pater. Vzpěrná únosnost sloupů by ěla být posouzena podle EN Interakce ezi únosností s vlive iperfekcí a poěry pružnéo kritickéo zatížení pro vyztužené konstrukce Zjednodušená doporučení v odst. 5 zajišťují, aby iperfekcí byla věnována příslušná pozornost. EN bere v úvau vlivy od deforovanéo tvaru na strukturální odezvu. Objasňuje dopad příčně pružné nestability na cování a definuje podínky, za kterýc ůže být použita jednoducá analýza prvnío řádu, tj. cr 10 pro pružnou analýzu. SN028 ukazuje, že cr přesáne 10 jestliže ztužení je navrženo pro součinitele vodorovné síly o velikosti 2,5% svislýc zatížení, za předpokladu, že napětí ve ztužující systéu je oezeno. Strana 5

6 Následuje, že: každá ztužená konstrukce navržená tak, aby dosála cr 10, autoaticky uspokojí všecny požadavky na příčné iperfekce, iperfekce svisléo ztužujícío systéu a iperfekce styků sloupů. ztužení konstrukce navržené na iniální ekvivalentní vodorovné síly, definované v odst. 5 výše, budou pravděpodobně ít nízké poěry kritickéo zatížení, ožná éně než 3,0, což je nižší ez pro použití etody s posune styčníků v EN (5)B. Strana 6

7 Příloa A Určení rozodujícíc ekvivalentníc vodorovnýc sil A.1 Mezní odnoty ekvivalentníc vodorovnýc sil pro globální analýzu EN definuje základní odnotu iperfekce ve tvaru počátečníi naklonění 0 1 jako. Zároveň nabízí redukční součinitel pro výšku konstrukce a redukční součinitel 200 pro počet sloupů v řadě. Tyto jsou dány: 2 = ; but 2/3 1,0 1 = 0,5 1 + Obr. A.1 graficky ukazuje vliv těcto dvou paraetrů na celkovou iperfekci ve tvaru počátečnío naklonění = = =0.60 Výška () =0.90 =0.80 =0.85 =0.65 =0.70 = Počet sloupů Obr. A.1 Grafické vyjádření odnot a pro různé výšky a počet sloupů Strana 7

8 Lze pozorovat, že pro noo praktickýc staveb jsou dosaované odnoty tak nízké jako 1 = 0,0025. Avšak tak nízké součinitele vodorovnýc sil jsou pravděpodobně nepraktické: 400 Pro všecny konstrukce nejspíše povedou k odnotá cr, poěr pružnéo kritickéo zatížení enší než 3, vyžadující úplnou analýzu druý řáde a vedoucí ke konstrukcí, které pravděpodobně nevyoví kritériu vodorovnéo průybu Pro vyztužené konstrukce úvaa o silác do příčlí stropů od styků sloupů v každé případě vyžaduje součinitele blížící se 0,5%, jak je ukázáno v další článku A.2 Síly do příčlí od styků sloupů u vyztuženýc ráů Jak je probíráno v EN (4) a uvedeno na obr. 4.1, ístní síly N /100 vyvolávají síly do příčlí ztužujícío systéu. Pro běžné výšky podlaží jsou síly do příčlí nad a pod styke stejné a rovnají se to N /200. Pro všecny síly do příčlí v globální analýze probírané výše, ůže být základní iperfekce redukována součinitele = 1 0,5 1 + Kde je počet zajišťovanýc sloupů. Jestliže ztužený rá á, řekněe 20 sloupů v rovině, pak = 0,725 udává ístní oezující sílu sloupu 0,725% N. Pro pouze 4 sloupy, = 0,79. Jestliže ztužený rá á 20 sloupů v rovině, síla do příčle by se rovnala následujícíu procentu svisléo zatížení v rovině styku sloupu. Poěr orní:dolní výšky patra Návrová síla ráu s 20 sloupy 1:1 1 N 0,725 = 0,36% N :1,5 1,5 N 0,725 = 0,43% N 2, :2 2 N 0,725 = 0,48% N Strana 8

9 Jestliže ztužený rá á 4 sloupy v rovině, síla do příčle by se rovnala následujícíu procentu svisléo zatížení v rovině styku sloupu. Poěr orní:dolní výšky patra Návrová síla ráu se 4 sloupy 1:1 1 N 0,79 = 0,40% N :1,5 1,5 N 0,79 = 0,47% N 2, :2 2 N 0,79 = 0,53% N Tato síla do příčle se vyskytuje v jisté úrovni, odpovídající úrovni styku. Je třeba poznaenat, že poloa styku sloupu se ožná zění, jak se bude vyvíjet konečný návr ráu. Proto by bylo oudré navrnout ztužení všude na iniální posouvající sílu 0,5% N. Strana 9

10 Quality Record RESOURCE TITLE NCCI: Siplified approaces to te selection of equivalent orizontal forces for te global analysis of braced and unbraced fraes Reference(s) ORIGINAL DOCUMENT Nae Copany Date Created by G W Owens SCI Tecnical content cecked by C M King SCI itorial content cecked by Tecnical content endorsed by te following STEEL Partners: 1. UK G W Owens SCI 23/5/06 2. France A Bureau CTICM 23/5/06 3. Sweden B Uppfeldt SBI 23/5/06 4. Gerany C Müller RWTH 23/5/06 5. Spain J Cica Labein 23/5/06 Resource approved by Tecnical Coordinator G W Owens SCI 10/7/06 TRANSLATED DOCUMENT Tis Translation ade and cecked by: T Rotter ČVUT in Prague 30/09/07 Translated resource approved by: T Vraný ČVUT in Prague 06/10/07 National tecnical contact F. Wald ČVUT in Prague 06/10/07 Strana 10