Č S N E N 1 9 9 1-1 - 3 E u r o k ó d 1 : Z a t í ž e n í k o n s t r u k c í Č á s t 1-3 : O b e c n á z a t í ž e n í Z a t í ž e n í s n ě e m a Z m ě n a Z 3 Č S N 7 3 0 0 3 5 Z a t í ž e n í s t a v e b n í c k o n s t r u k c í č s n e n 1 9 9 1-1 - 3 e u r o c o d e 1 : a c t i o n s o n s t r u c t u r e s p a r t 1-3 : g e n e r a l a c t i o n s s n o w l o a d s ; t e a m e n d m e n t z 3 č s n 7 3 0 0 3 5 a c t i o n s o n s t r u c t u r e s M a r i e S t u d n i č k o v á Změna Z3 ČSN 73 0035 ruší kapitolu V. A Zatížení sněem a narazuje ji evropskou normou ČSN EN 1991-1-3. Změnami se zavádí nová mapa sněovýc oblastí ČR ke všem platným českým normám zatížení sněem. Capter V. A Snow actions in ČSN 73 0035 is abolised by Amendment Z3. Tis capter is replaced wit ČSN EN 1991-1-3. Te amendments introduce te new Map of snow load regions in te Czec Republic to all Czec snow load standards valid. V zimě 2005/2006 došlo na území České republiky při zatížení sněem k řadě porušení nebo zřícení střec, ačkoli se podle meteorologů nejednalo o výjimečně tuou zimu s extrémním spadem sněu, ale spíše o návrat od zim mírnýc k zimám dříve běžným. Velké množství porušenýc střec opět po delší době nastolilo otázku, zda je zatížení sněem v ČSN 73 0035 stanoveno správně. Jak už bylo zveřejněno např. v [1], bylo zatížení sněem v ČSN 73 0035 [3] stanoveno ze souborů ročníc maxim vodní tíy sněu pro střední dobu návratu 100 let, ale tyto odnoty byly redukovány součinitelem 1,7, čímž se střední doba návratu zkrátila přibližně na 10 let. Takto redukované odnoty byly uvedeny jako tzv. základní tía sněu s 0 v mapě sněovýc oblastí ČSSR, která je příloou č. 4 normy [3]. Když se po letošní zimě ukázalo, že odnoty s 0 jsou příliš nízké, bylo po řadě jednání rozodnuto provést radikální změnu kapitoly V. A Zatížení sněem v ČSN 73 0035 [3]. V současné době platí na území České republiky pro zatížení sněem kromě ČSN 73 0035 ještě předběžná evropská norma ČSN P ENV 1991-2-3 [4] a evropská norma ČSN EN 1991-1-3 [5], které byly přejaty do soustavy českýc tecnickýc norem. Norma [4] se použije pro stanovení zatížení sněem při návru stavební konstrukce podle předběžnýc evropskýc norem (ČSN P ENV 1991 až 1999). Norma [5] je určena pro použití při návru podle definitivníc evropskýc norem tzv. Eurokódů (ČSN EN 1990 až 1999). V evropskýc normác [4, 5] se při stanovení zatížení sněem vycází z tzv. carakteristické odnoty zatížení sněem s k, která se stanoví ze statistickéo zpracování souboru ročníc maxim vodní tíy sněu pro pravděpodobnosti překročení 0,02 (neboli odnoty, která je dosažena nebo přestoupena jednou za 50 let). Pro revizi ČSN 73 0035 bylo třeba rozodnout, pro jaké výcozí parametry bude zpracována nová mapa sněovýc oblastí a jak se změní znění kapitoly V. A Zatížení sněem [3]. Vzledem k tomu, že evropská norma ČSN EN 1991-1-3 [4] má od roku 2010 beze zbytku naradit kapitolu V. A Zatížení sněem [3], scválila TNK 38 Spolelivost stavebníc konstrukcí následující zásady pro Změnu Z3 ČSN 73 0035: Aktualizovaná mapa sněovýc oblastí ČR bude vypracována v ČHMÚ s využitím údajů o vodní tíze sněu z období let 1961 až březen 2006. Mapa bude uvádět carakteristické odnoty zatížení sněem s k, které odpovídají střední době návratu 50 let. Takto jsou odnoty zatížení sněem definovány v evropskýc normác (Eurokódec) viz [4, 5]. Zpracovatelé posoudí, jakým způsobem má být změna normy provedena. Obecné mínění odborníků se přiklánělo k razantní změně spočívající ve zrušení kapitoly V. A Klimatická zatížení Zatížení sněem a narazení této kapitoly evropskou normou ČSN EN 1991-1-3 [5]. A k t u a l i z o v a n á m a p a s n ě o v ý c o b l a s t í Č R V souvislosti se Změnou Z3 k ČSN Obr. 1 Fig. 1 Mapa sněovýc oblastí na území České republiky Map of snow load regions in te Czec Republic 6 8 B e t o n T e c n o l o g i e K o n s t r u k c e S a n a c e 6 / 2 0 0 6
73 0035 [8] docází také ke změně Z1 u ČSN P ENV 1991-2-3 [6] a u ČSN EN 1991-1-3 [7]. Tyto změny ruší platnost dosavadníc map sněovýc oblastí uvedenýc v samostatnýc příloác k [4, 5]. Mapy jsou narazeny novou mapou sněovýc oblastí, která je ve smyslu změny Z3 k ČSN 73 0035 také nově platnou mapou k [3]. Nová mapa sněovýc oblastí byla zpracována podle zásad uvedenýc výše a je uvedena na obrázku 1. V současné době je již vystavena na webovýc stránkác ČHMÚ (ttp://www.cmi.cz/ meteo/ok/infklim.tml) a je možné s ní pracovat jako s obrázkem. Nová mapa je příloou Změny Z1 ČSN EN 1991-1-3. Všecny uvedené změny jsou zveřejněny v říjnovém Věstníku ČNI a jsou platné od listopadu 2006. Změny je možné zakoupit v prodejně norem ČNI i přes internet (www.cni.cz). Z m ě n a Z 3 Č S N 73 0035 Změnou Z3 se ruší text oddílu A Zatížení sněem v kapitole V. Klimatická zatížení a zavádí se, že zatížení sněem se stanoví podle ČSN EN 1991-1-3:2005 Eurokód 1: Zatížení konstrukcí Část 1-3: Obecná zatížení Zatížení sněem [5] s úpravami. Tyto úpravy jsou vyjmenované ve změně [8]. Č S N E N 19 91-1- 3 : 2 0 0 5 E u r o k ó d 1 : Z at í ž e n í k o n s t r u k c í Č á s t 1-3 : O b e c n á z at í ž e n í Z at í ž e n í s n ě e m Norma pro zatížení sněem ČSN EN 1991-1-3 [5] se změnou ČSN EN 1991-1-3/Z1 2006 [7] uvádí způsob stanovení zatížení sněem pro celé území ČR. První část normy je překlad anglickéo originálu EN 1991-1-3:2003, druou část tvoří národní příloa, která má na území České republiky normativní carakter a uvádí tzv. národně stanovené parametry a doplňující informace k některým článkům, u kterýc to článek umožňuje. Norma [5] má šest kapitol, dvě normativní a tři informativní příloy a národní přílou. Součástí národní příloy je mapa sněovýc oblastí na území České republiky, která byla změnou [7] aktualizována. Jednotlivé kapitoly a příloy jsou uvedeny takto: 1 Všeobecně 2 Klasifikace zatížení 3 Návrové situace 4 Zatížení sněem na zemi 5 Zatížení sněem na střecác 6 Místní účinky Příloa A (normativní) Návrové situace a uspořádání zatížení pro různé lokality Příloa B (normativní) Tvarové součinitele pro zatížení výjimečným navátím sněu Příloa C (informativní) Evropské mapy zatížení sněem na zemi Příloa D (informativní) Úprava zatížení sněem na zemi podle doby návratu Příloa E (informativní) Objemová tía sněu Národní příloa NA (informativní) Národně stanovené parametry a doplňující informace Všeobecně V kapitole jsou uvedeny jevy, které v normě nejsou zoledněny, jde zejména o: zatížení rázem způsobené sklouznutím nebo pádem sněu z vyšší úrovně střecy; přídavné zatížení větrem, které může vzniknout při změně tvaru nebo velikosti stavby vlivem sněové nebo ledové vrstvy; zatížení v oblastec, kde leží sní celý rok; zatížení námrazou; boční zatížení sněem (např. boční síly způsobené návějí); zatížení mostů sněem. Dále jsou zde uvedeny normativní odkazy, termíny a definice a značky. Klasifikace zatížení Zatížení sněem se uvažuje jako proměnné (dříve naodilé) pevné zatížení. Jde o zatížení statické. Návrové situace Zatížení sněem se musí určit pro každou návrovou situaci stanovenou podle ČSN EN 1990:2004, článek 2.3. Vzledem k tomu, že výjimečné sněové podmínky se v České republice nevyskytují, uvažují se pro zatížení sněem trvalé, nebo dočasné návrové situace. Zatížení sněem na zemi Při stanovení zatížení sněem na střecác se vycází z carakteristické odnoty zatížení sněem s k. Carakteristická odnota zatížení je v soustavě Eurokódů základní odnotou pro všecny druy zatížení a je definována v ČSN EN 1990:2004. Carakteristická odnota s k je stanovena jako 2% kvantil ročníc maximálníc odnot vodní tíy sněu. Carakteristické odnoty zatížení sněem s k jsou uvedeny v aktualizované mapě sněovýc oblastí na území ČR, která je na obrázku 1. Tato mapa je platná od listopadu 2006 jako příloa ke všem současně platným českým normám pro zatížení sněem [3, 4, 5]. Zatížení sněem na střecác Sní může být na vyšetřované konstrukci uspořádán v různýc tvarec v závislosti na tvaru střecy, jejíc tepelnýc vlastnostec, drsnosti povrcu, množství tepla pronikajícío střecou zespodu, vzdálenosti od dalšíc konstrukcí, na okolním terénu a místním klimatu, tj. zejména na větrnosti, kolísání teplot, typu srážek (sní nebo déšť) apod. Dále může být zatížení sněem způsobeno romaděním sněu z různýc směrů a postupnou kumulací sněu z jednotlivýc přeáněk. Při návru konstrukce se obvykle zanedbává většina vyjmenovanýc jevů a příčin a bere se v úvau zejména tvar plocy vystavené sněu a konfigurace sněové pokrývky při bezvětří. Pro posouzení konstrukce v normál- Tab. 1 Tab. 1 Doporučené odnoty součinitele C e pro různé typy krajiny Recommended values of C e for different topograpies Typ krajiny otevřená a) 0,8 normální b) 1,0 cráněná c) 1,2 a) Otevřený typ krajiny: rovná ploca bez překážek, otevřená do všec stran, necráněná nebo jen málo cráněná terénem, vyššími stavbami nebo stromy. b) Normální typ krajiny: plocy, kde nedocází na stavbác k výraznému přemístění sněu větrem kvůli okolnímu terénu, jiným stavbám nebo stromům. c) Cráněný typ krajiny: plocy, kde je uvažovaná stavba výrazně nižší než okolní terén nebo je stavba obklopena vysokými stromy a/nebo vyššími stavbami. C e B e t o n T e c n o l o g i e K o n s t r u k c e S a n a c e 6 / 2 0 0 6 6 9
níc podmínkác se zpravidla uvažují dva zatěžovací stavy: rovnoměrné zatížení způsobené napadnutím sněu za bezvětří, nerovnoměrné zatížení střecy způsobené návějí. Zatížení sněem s na střeše se v trvalé a dočasné návrové situaci určí ze vztau s = μ i C e C t s k (1) kde μ i je tvarový součinitel zatížením sněem, s k je carakteristická odnota zatížení sněem na zemi [knm -2 ], C e součinitel expozice a C t tepelný součinitel. Zatížení sněem s a s k se považuje za svisle působící rovnoměrné zatížení, které je vztaženo k půdorysné ploše střecy. Tvarový součinitel μ i závisí na tvaru střecy a je v dokumentu [5] uveden pro celou řadu běžnýc tvarů. Součinitel expozice C e zarnuje možné Tab. 2 Tab. 2 sfoukávání sněu se střecy a tepelný součinitel C t vyjadřuje vliv odtávání sněu se střecy od tepla prostupujícío střešním pláštěm. Způsob stanovení součinitelů pro ČR je upřesněn v národní příloze normy [5]. Součinitel expozice C e má obvykle odnotu 1,0. Přesto jsou v některýc místec povětrnostní podmínky natolik významné, že sní lze uvažovat odnotou vyšší nebo nižší než 1. V národní příloze se uvádí možnost využít tabulky 1 a stanovit odnotu součinitele C e jinou než 1. Součinitel teploty C t má obvykle odnotu 1,0. Pro střecy s velkým prostupem tepla (> 1 W/m 2 k), např. pro neizolované skleněné střecy, se součinitel uvažuje odnotou menší než 1,0, neboť odtávání vrstvy sněu snižuje zatížení střecy sněem. V národní příloze se umožňuje stanovení odnoty C t menší než 1 postupem uvedeným v příloze D normy ISO Tvarové součinitele μ 1 a μ 2 pro pultové a sedlové střecy a střecy vícelodníc budov Snow load sape coefficients μ 1 and μ 2 monopitced and pitced roofs Tvarové součinitele Úel α sklonu střecy podle obrázku 3 0 α 30 30 < α < 60 α 60 μ 1 0,8 0,8 (60 α)/30 0,0 μ 2 0,8 + 0,8 α/30 1,6 Obr. 3 Fig. 3 Zatížení pultové a sedlové střecy a střecy vícelodníc budov Snow loads on monopitced, pitced and multi-span roofs α µ1 Stav (i) Stav (iii) 4355. Hodnota C t, která se použije pro výpočet, však nesmí být menší než 0,8. Tvarové součinitele střec Součinitele μ i jsou v EN 1991-1-3 [1], kapitole 5 definovány pro normální podmínky zejména pro sedlové, pultové, válcové a střecy vícelodníc budov, dále pro střecy různýc úrovní se zvýšenou možností návějí. V příloze B jsou uvedeny tvarové součinitele pro střecy ve zvláštníc klimatickýc oblastec. Příloa B se na území ČR nepoužívá. Pro pultové a sedlové střecy a strřecy vícelodníc budov se uvažují dva součinitele μ 1 a μ 2 v závislosti na sklonu střecy α podle tabulky 2 a obrázku 2. Způsob uplatnění tvarovýc součinitelů μ 1 a μ 2 je patrný z obrázku 3, který rovněž ukazuje zatěžovací stavy doporučené v dokumentu [5]. Z tabulky plyne, že základní tvarový součinitel μ 1 je pro plocé střecy (úel α je roven nule) roven odnotě 0,8 (ne 1,0 jako podle původní ČSN 73 0035 [3]). Pro válcové střecy je uvažován součinitel μ 3 v závislosti na poměru převýšení k rozpětí l podle obrázku 4, který platí pro tečný úel (obr. 5) β 60 (pro β > 60 je μ 3 = 0). Příklad zatížení (dva zatěžovací stavy) válcové střecy podle dokumentu [5] je na obrázku 5. Národní příloa k [5] zavádí pro některé µ 1(α1) 0,5µ 1(α1) µ 1(α1) µ 1(α2) µ 1(α 2) 0,5 µ 1(α 2) Obr. 2 Fig. 2 Tvarové součinitele zatížení sněem Snow load sape coefficients α 1 α 2 Obr. 4 Fig. 4 Tvarový součinitel μ 3 pro válcové střecy, pro β 60 Snow load sape coefficient μ 3 for cylindrical roof Stav(i) µ 3 µ2(α) α = (α 1 + α 2 )/2 α 1 α 2 α 1 α 2 7 0 B e t o n T e c n o l o g i e K o n s t r u k c e S a n a c e 6 / 2 0 0 6
Případ (i) Případ (ii) 0,5µ 3 60 ls/4 ls/4 ls/4 ls/4 β l s 0,8 µ 3 3 3 2 60 ls Stav (i) μ 1 α μ S μ 2 μ W μ 1 l s b b /b 1/8 1/6 1/5 μ 3 1,45 1,8 2,0 b 1 b 2 Obr. 5 Fig. 5 Zatížení válcové střecy Snow load for cylindrical roof Obr. 5a) Další zatížení válcové střecy podle národní příloy Fig. 5a) Anoter snow load for cylindrical roof to National Annex Obr. 6 Fig. 6 Zatížení střecy přiléající k vyšší konstrukci. Snow load for roofs abbuting to taller construction works válcové střecy na území ČR další zatěžovací stav uvedený na obrázku 5a. Zvláštním případem je střeca přiléající k vyšší konstrukci. Obrázek 6 ukazuje jednoducé uspořádání různýc výšek dvou sousedníc střec. Pokud je nižší střeca plocá, uvažuje se μ 1 = 0,8, μ 2 = μ s + μ w, kde μ s je tvarový součinitel zatížení v důsledku sesuvu sněu, μ w tvarový součinitel v důsledku navátí sněu, který dále závisí na délce návěje l s vyznačené scematicky na obrázku 6. Podrobný návod, jak stanovit oba součinitele μ s a μ w, je uveden v [5]. Místní účinky V této kapitole jsou uvedeny tvarové součinitele, které se použijí pro výpočet zatížení od návějí na výstupky a překážky, zatížení okrajů střecy a zatížení sněžníků. P ř í lo y Příloa A Přílou A tvoří tabulka A.1, která definuje návrové situace a uspořádání zatížení pro různé lokality. V tabulce je uveden případ A uspořádání zatížení při trvalé nebo dočasné návrové situaci, kdy nedocází k výjimečnému zatížení sněem, a případy B1, B2 a B3 uspořádání zatížení pro trvalé, dočasné i mimořádné návrové situace v lokalitác, kde může docázet k výjimečnému navátí a spadu sněu. Za výjimečné sněové podmínky lze považovat taková zatížení sněem, která nelze popsat jediným rozdělením pravděpodobnosti, případně kdy základní odnoty zatížení sněem jsou kolem nuly. V podmínkác České republiky roční maxima zatížení sněem dosti dobře odpovídají Gumbelovu rozdělení, takže výjimečná zatížení sněem není třeba uvažovat. Maximální odnoty zatížení sněem pro dobu návratu 50 let jsou carakteristickými odnotami zatížení sněem podle definice v odstavci 3.1 normy. Z těcto odnot se vycází při výpočtu zatížení od sněovýc návějí, jak je pro různé tvary střec uvedeno v kapitolác 5 a 6 normy. Z tabulky A.1 se pro zatížení sněem na území ČR použije pouze případ A. Také v oblastec, ve kterýc je v mapě sněovýc oblastí doporučeno zjistit odnoty zatížení sněem od ČHMÚ, se použije případ A, protože vyšší odnoty zatížení sněem jsou již obsaženy v carakteristickýc odnotác příslušejícíc dané lokalitě. Na území ČR se nepředpokládá, že zatížení sněem se může vyskytnout jako výjimečné zatížení v mimořádné návrové situaci. Příloa B V příloze B jsou uvedeny tvarové součinitele zatížení sněem od výjimečnýc sněovýc návějí pro některé typy střec. Zatížení podle příloy B se uvažují jako jediné zatížení střecy, protože se předpokládá, že uspořádání sněu na střeše vzniklo při jednom přecodu fronty doprovázené ustým sněžením a silným větrem. Sněová pokrývka v těcto oblastec mezi jednotlivými frontami taje a mizí. K těmto jevům docází zejména v přímořskýc oblastec a v nížinác. Na území ČR jsou tyto typy zatížení obsaženy v základní části normy v kapitolác 5 a 6 (jak bylo uvedeno výše) a použití příloy B se zatím nepředpokládá, protože nejsou k dispozici zpracované meteorologické údaje. Pokud projektant navruje konstrukci na území jinéo státu CEN, může být v národní příloze k ENV 1991-1-3 předepsáno použití této příloy B pro určité lokality příslušné země. Příloy C, D, E Příloy C, D a E jsou informativní a jejic použití se v národní příloze doporučuje. Příloa C obsauje mapy sněovýc oblastí všec zemí sdruženýc v CEN. Po zavedení změny Z1 [7], neodpovídá mapa sněovýc oblastí ČR uvedená v příloze C aktuální mapě platné na území ČR. Příloa D uvádí vzorce, které se použijí pro výpočet zatížení sněem na zemi podle doby návratu. Příloa E stanoví průměrné odnoty objemové tíy čerstvéo, uleléo, staréo a mokréo sněu. Národní příloa Národní příloa definuje národně sta- B e t o n T e c n o l o g i e K o n s t r u k c e S a n a c e 6 / 2 0 0 6 7 1
novené parametry u 25 článků a tabulky A. 1. Většina článků národní příloy se týká doporučení použití informativníc přílo a pokynů k použití normativníc přílo. Součástí národní příloy je aktualizovaná mapa sněovýc oblastí na území ČR, viz obrázek 1 (podle [7]), ve které jsou uvedeny carakteristické odnoty zatížení sněem s k. Z áv ě r Změnou Z3 k ČSN 73 0035 [3] se zavádí používání evropské normy pro zatížení sněem ČSN EN 1991-1-3:2005 [5] a změny k této normě [7] od listopadu 2006. Tímto krokem dojde ke sladění našic normalizačníc dokumentů v oblasti zatížení sněem s dokumenty evropskými a návrové odnoty zatížení sněem budou odpovídat definici uvedené v Eurokódec. Použitím aktualizované mapy zatížení sněem na území ČR [7] a postupem výpočtu podle Eurokódu [5] se stanoví ve většině případů zatížení sněem větší než dosud. Projektant má možnost snížit zatížení sněem v odůvodněnýc případec několika následujícími způsoby. Může si vyžádat odnotu carakteristickéo zatížení sněem s k přímo pro danou lokalitu u ČHMÚ. Může také s oledem na místní podmínky použít odnotu zatížení s k v místě obvyklou. Místní úřad může např. od ČHMÚ zjistit odnotu zatížení s k pro příslušnou obec, kterou pak na požádání bude sdělovat projektantům a dalším zájemcům. Podle ČSN 73 0031 lze také aplikovat zásady diferenciace spolelivosti podle kapitoly 5 a využít součinitele účelu γ n menšío než 1. Dále lze využít snížení odnot součinitelů expozice C e a tepelnéo součinitele C t ve vzorci pro výpočet s k [7]. Mapa zatížení sněem na území ČR je dostupná na webovýc stránkác ČHMÚ (ttp://www.cmi.cz/meteo/ok/infklim. tml) a je možné s ní pracovat jako s obrázkem. Ing. Marie Studničková, CSc. Kloknerův ústav ČVUT v Praze Šolínova 7, 168 00 Praa 6 tel.: 224 353 503 e-mail: studnickova@klok.cvut.cz Literatura: [1] Studničková M.: Zatížení sněem na území České republiky. Stavební listy 3/2006 [2] Háša P.: Diskusní příspěvek k článku Zatížení sněem na území České republiky. Stavební listy 3/2006 [3] ČSN 73 0035:1986 Zatížení stavebníc konstrukcí. ÚNMZ, 1986 [4] ČSN P ENV 1991-2-3:1997 Zásady navrování a zatížení konstrukcí Část 2-3: Zatížení konstrukcí Zatížení sněem. ČNI, 1996 [5] ČSN EN 1991-1-3:2005 Eurokód 1: Zatížení konstrukcí Část 1-3: Obecná zatížení Zatížení sněem. ČNI, 2005 [6] ČSN P ENV 1991-2-3 Změna Z1 Zásady navrování a zatížení konstrukcí Část 2-3: Zatížení konstrukcí Zatížení sněem. ČNI, 2006 [7] ČSN EN 1991-1-3 Změna Z1 Eurokód 1: Zatížení konstrukcí Část 1-3: Obecná zatížení Zatížení sněem. ČNI, 2006 [8] ČSN 73 0035 Změna Z3 Zatížení stavebníc konstrukcí. ČNI, 2006 7 2 B e t o n T e c n o l o g i e K o n s t r u k c e S a n a c e 6 / 2 0 0 6