wiadomosci_01_2007_normy_sniegowe

5/17/2018 wiadomosci_01_2007_normy_sniegowe - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/wiadomosci012007normysniegowe 1/7

Warsztat projektanta

18

1 (192) 2007

Pierwsze przepisy i normyPierwszym, znanym nam określe−

niem obciążenia dachów śniegiemw Polsce, jest stwierdzenie Maksymilia−na Thullie, późniejszego profesora Poli−techniki Lwowskiej, który w napisał1886 r. [1]: „Warstwa śniegu, która sięosadza na dachach w naszych stronachnie jest zwykle grubsza niż 0,60 m.Wysoko w górach warstwa ta jednak jest znacznie większa, dosięga na− wet 2 m wysokości. Przyjąwszy wy− sokość warstwy 0,6 m i zważywszy,

że śnieg jest około 8 razy lżejszy od wody, otrzymamy ciężar śniegu na m2

rzutu s = ,

okrągło: s = 80 kg/m2 .”

W przywołanym tekście jest oczywis−ty błąd rachunkowy, zamiast 77,8 po−winno być 75 kg/m2. Pomijając tę po−myłkę, można sądzić, że taki był tok ro−zumowania w drugiej połowie XIX wie−ku, gdy ustalano wartości obciążeniaśniegiem dachów w środkowej Europie.

Do niedawna obowiązywała w Niem−czech wartość 0,75 kN/m2, od pewne−go czasu zdefiniowana statystycznie.Przez wiele lat ta wartość obowiązywa−ła także w innych krajach środkowej Eu−ropy: na nizinnych terenach Austrii,

0,6 1000

8

Czech i Słowacji, Rumunii, a takżew Danii i w południowych rejonachSzwecji.

W Polsce, do 1938 r., w wojewódz−twach północno−wschodnich, wschod−nich i południowo−wschodnich należałoprzyjmować 0,8 kN/m2, w pozostałych0,6 kN/m2. W pierwszej polskiej nor−mie obciążeń PN/B−189 z roku 1938wprowadzono jedną wartość obciążeniaśniegiem dachów dla całej Polski, rów−ną 0,8 kN/m2. W górach obowiązywałazależność obciążenia śniegiem od wy−

sokości nad poziomem morza.Po II wojnie światowej, w 1946 r.zmniejszono obciążenie śniegiem do0,7 kN/m2 na terenie całego krajuw nowych granicach. Pierwszą odrębnąnormę obciążenia śniegiem wprowadzo−no w 1952 r. Po raz pierwszy znalazłysię w niej strefy obciążenia. W strefiepierwszej, obejmującej większość tery−torium kraju, z wyjątkiem terenów pod−górskich i górskich oraz obszaru pół−nocno−wschodniego, zmniejszono war−tość obciążenia do 0,6 kN/m2. W nor−mie PN−64/B−02010, obowiązującej od

1.01.1966 r., wprowadzono dalszezmiany. Podano 5 stref obciążenia śnie−giem o wartościach takich jak w zalece−niach RWPG, identycznych z normą ra−dziecką. W strefie I, obejmującejw przybliżeniu terytorium położone nazachód od Wisły i wzdłuż Sanu, w jegośrodkowym i dolnym biegu, obciążeniezmniejszono do 0,5 kN/m2, w pozosta−łych strefach nieco zwiększono. W tensposób, w ciągu 20 lat, zmniejszonoobciążenie śniegiem dachów z 0,8kN/m2 do 0,5 kN/m2.

Ten podział na strefy, z przypisany−

mi im war tościami obciążenia, pozostałbez zmian do roku 1980. Wszystkie wy−

mienione wyżej wartości dotyczyły bez−pośrednio obciążenia śniegiem dachu,w cytowanych dokumentach nie byłoterminu „obciążenie śniegiem gruntu” jako podstawowej wielkości odniesie−nia.

Rozwój obserwacji i pomiarów me−teorologicznych spowodował, że obcią−żenie śniegiem dachu zaczęto trakto−wać jako funkcję obciążenia śniegiemgruntu, które mogło być ustalane napodstawie wyników wieloletnich pomia−rów, prowadzonych według jednako−

wych metod i technik pomiarowych. Ob−ciążenie śniegiem gruntu stało się pod−stawową wielkością odniesienia, stoso−waną do wyznaczania obciążenia śnie−giem dachów.

Polska Norma z 1980 rokuObecna polska norma obciążenia

śniegiem [2] obowiązuje od1.01.1981 r. W stosunku do normypoprzedniej wprowadzono kilka istot−nych zmian [3]:

q Wprowadzono obciążenie śnie−giem gruntu, jako podstawową wiel−kość odniesienia, traktowaną jakozmienna losowa, której wartość charak−terystyczną wyznacza się w kategoriachrachunku prawdopodobieństwa.

1. Zgodnie z projektem późniejprzyjętej normy ISO [4] wprowadzonopojęcie współczynnika kształtu dachu, jako współczynnika przejścia od obcią−żenia gruntu do obciążenia dachui przyjęto jego wartość podstawową dladachu poziomego równą 0,8.

q Przygotowując w roku 1979 nor−mę [2] przyjęto, że po wprowadzeniu

obciążenia śniegiem gruntu jako wiel−kości odniesienia, wartość charakte−

*) Autor – prof. zw. dr inż., Pr zewodniczący Ko−mitetu Technicznego KT102 PKN ds. Pod−staw projektowania konstrukcji budowla−nych

**)Autor – dr hab. inż., członek KT102 PKN,autor projektu załącznika krajowego do PN−EN 1991−1−3:2005 i Zmiany do PN−80/B−

02010; obaj autorzy artykułu pracują w In−stytucie Techniki Budowlanej w Warszawie

Bohdan Lewicki*)

Jerzy Antoni Żurański**)

Obciążenie śniegiemw nowych normach polskich



19


1 (192) 2007

rystyczna obciążenia dachu w drugiejstrefie powinna pozostać taka sama jak uprzednio, pozytywnie zwer yfikowa−na i przez kilkanaście lat stosowanaw obliczeniach projektów typowych, tzn.0,7 kN/m2. Przyjęto zatem, że obciąże−nie śniegiem gruntu w strefie II powin−no wynosić 0,9 kN/m2, bowiem pomno−żone przez współczynnik kształtu dachu0,8, jak dla dachów o spadku poniżej30°, daje wartość 0,72 kN/m2 (w zaok−rągleniu 0,7 kN/m2). Zwiększenie ob−ciążenia śniegiem w strefie II spowodo−wałoby konieczność anulowania wszys−tkich projektów typowych, rozpowszech−nionych wówczas w Polsce i przelicza−nia ich na nowe obciążenie śniegiem.W ówczesnych warunkach politycznychi gospodarczych było to niemożliwe.W związku z tym nie wydłużono okresupowrotu wartości charakterystycznejobciążenia śniegiem do powszechnieprzyjmowanych 50 lat.

q Analizie probabilistycznej podda−no grubość pokrywy śnieżnej na grun−cie, a obciążenie śniegiem gruntu wyz−naczano mnożąc wartość charakterys−tyczną grubości pokrywy śnieżnej przezśrednią wartość ciężaru objętościowe−go śniegu równą 2,45 kN/m2, otrzyma−ną z pomiarów na stacjach mierzącychrównoważnik wodny śniegu [2].

q Na podstawie tak wykonanychobliczeń dokonano identyfikacji proba−bilistycznej przyjętej wartości obciąże−nia śniegiem gruntu w drugiej strefierównej 0,9 kN/m2. Okazało się, że war−

tość ta ma okres powrotu 5 lat. Wobectego przyjęto, że we wszystkich stre−

fach wartości charakterystyczne winnymieć ten sam okres powrotu 5 lat. Jed−nakże ocena ta nie była dokładna.W niektórych regionach Polski, zwłasz−cza południowo−zachodnich, rzeczywis−te okresy powrotu wartości charakte−rystycznych podanych w normie [2] sądłuższe niż 5 lat i wynoszą nawet 50 latna Dolnym Śląsku oraz około 12−16 latw środkowej i zachodniej Polsce [5].

q Wytyczono nowe strefy obciąże−nia śniegiem. W strefie 1 obciążeniewzrosło o 12%, w strefie 2 o niecałe3%, zwiększono także obciążenie śnie−giem w Małopolsce i na Pojezierzu

Kaszubskim. Na Suwalszczyźnie nato−miast zmniejszono obciążenie.

Układy obciążenia i wartości współ−czynnika kształtu dachu przyjęto w nor−mie z 1980 roku zgodnie z ówczesnymprojektem normy ISO [4], w którym wy−korzystano ustalenia normy kanadyjs−kiej i radzieckiej.

Polska wersjanormy europejskiej

W październiku 2005 r. została zat−wierdzona i opublikowana polska wer−sja normy europejskiej [6]. W załączni−ku krajowym do tej normy podano nowewartości charakterystyczne obciążeniaśniegiem gruntu, wyznaczone w wynikuanalizy danych pomiarowych ciężarupokrywy śnieżnej, wartości maksymal−nych rocznych (zimowych) ze 115 stacjii posterunków meteorologicznych w Pol−sce z lat 1950/51 – 1999/2000 [7].Do obliczania wartości charakterystycz−nych zastosowano rozkład prawdopodo−bieństwa wartości ekstremalnych Gum−bela.

Przyjęto następujące zasady postę−powania:

q Wartości charakterystyczne ob−ciążenia wyznacza się dla okresu pow−rotu 50 lat, zgodnie z wymaganiami nor−my europejskiej.

q Jeżeli będzie to możliwe, to przy−najmniej na pewnych obszarach Polskinależy pozostawić dotychczasowe war−tości charakterystyczne obciążeniaśniegiem gruntu.

q W granicach poszczególnychstref nizinnych wartości obciążenia

Rys. 1. Nowy podział Polski na strefy obciążenia śniegiem gruntu wg [6] i [10]

Rys. 2. Porównanie nowych i dotychczasowych stref obciążenia śniegiem w Polsce [11]. Duże

cyfry oznaczają numery nowych stref, małe stosunek nowej wartości charakterystycznej na zaz− naczonym obszarze do dotychczasowej




20

1 (192) 2007

śniegiem nie powinny różnić się międzysobą więcej niż w granicach ±15 %.

Dla terenów nizinnych, poniżej 300 mnpm, przyjęto następujące wartościstrefowe: 0,7; 0,9; 1,2 i 1,6 kN/m2.Dwie pierwsze są takie jak w obecnieobowiązującej normie. Zasięg terytorial−

ny nowej strefy 1 (Dolny Śląsk, ZiemiaLubuska) obejmuje część dotychczaso−wej strefy 1. Ta sama wartość charak−terystyczna – to skutek niedokładnejoceny obciążenia śniegiem – dokonanejpoprzednio z użyciem wysokości pokry−wy śnieżnej, na co zwrócono uwagę wy−żej. Zasięg terytorialny obecnej strefy 2 jest inny niż dotychczasowej. Nową ma−pę stref przedstawiono na rys. 1, w po−równaniu z dotychczasową [2], a war−tości charakterystyczne w tabeli 1.Z wyjątkiem strefy 1 i niewielkiego ob−szaru strefy 2 nowe wartości charakte−

rystyczne są większe od poprzednicho ok. 30 do ok. 70%.

Ustalenia zawarte w Załączniku Kra− jowym rozpatrywane były na posiedze−niach Komitetu Technicznego KT102PKN w latach 2003 i 2004, a w dniu 4listopada 2004 r. podjęta została uch−wała o skierowaniu projektu Załącznikawraz z tekstem polskim normy europej−skiej do ankietyzacji. Podane w Załącz−niku wartości obciążenia nie były kwes−tionowane ani przez członków KT102ani w ankiecie powszechnej. PrezesPKN zatwierdził normę i skierował dopublikacji.

Zmiana do Polskiej Normyz 1980 roku

Podanie w Załączniku Krajowym doPN−EN 1991−1−3 [6] większych wartoś−ci obciążenia śniegiem niż aktualnieprzyjmowane do obliczeń, dało asumptdo rewizji ustaleń PN−B/02010 [3].

Postanowiono nie czekać do marca2010, kiedy – w myśl ustaleń DyrekcjiGeneralnej ds. Przedsiębiorstw Komisji

Europejskiej [8] – wycofane być mająPN sprzeczne z PN−EN projektowania

konstrukcji i wprowadzić odpowiedniezmiany do PN−80/B−02010, tak aby sta−ła się „normą pomostową”, zgodnąz PN−EN, i aby można było ją zamieścićw wykazie Polskich Norm, stanowiącymzałącznik do Rozporządzenia Ministra[9]. W dniu 19 stycznia 2006 roku pod−pisany został wniosek do PKN o wpro−wadzenie zmian do PN−80/B−02010.

Nowe ustalenia wprowadzane przezZmianę do PN−80/B−02010 [10] doty−czą przede wszystkim nowego podzia−łu kraju na strefy obciążenia śniegiemi przyjęcia wartości charakterystycz−nych tego obciążenia, takich samych jak w Załączniku Krajowym [6], wartoś−ci częściowego współczynnika bezpie−czeństwa γ f = 1,5 oraz zapisu nawiązu− jącego do wartości współczynnika eks−pozycji Ce = 1,2 do stosowania przywyznaczaniu obciążenia śniegiem da−chu, otoczonym budynkami lub drzewa−mi wyższymi od budynku rozpatrywane−go. Wprowadzono też kilka zmian, wy−nikających z odstąpienia od traktowa−nia jako zmiennej losowej grubościpokrywy śnieżnej na rzecz jej ciężaru.Nie zmieniono układów obciążeniai wartości współczynnika kształtu da−chu, ponieważ są bardzo bliskie po−danym w normie europejskiej. Porów−nanie nowych i dotychczasowych stref obciążenia śniegiem przedstawia rys.2 [11].

Na posiedzeniu KT 102 w dniu 2marca 2006 r., na którym rozpatrywa−no propozycje Zmiany do PN−80/B−02010 kilku członków zakwestionowa−ło podane tam wartości. Wątpliwościwzbudzały przede wszystkim takie sa−me jak poprzednio wartości obciążeniaśniegiem w strefach 1 i 2 (w nowychgranicach) oraz metoda szacowania pa−rametrów rozkładu prawdopodobieńst−wa i podziału kraju na strefy obciążeniaśniegiem. Nie ulega wątpliwości, żemiała na to wpływ katastrofa hali MTKw Chorzowie w dniu 28 stycznia 2006 r.Załącznik Krajowy do normy europejs−kiej, o tych samych wartościach obcią−żenia śniegiem gruntu i tych samychstrefach, został wcześniej przyjęty bezżadnych zastrzeżeń.

W okresie rozpatrywania Zmian, nazebraniach KT 102 jak również drogąkorespondencyjną, zastrzeżenia wnosiłprof. Janusz Murzewski, członek KT102. Dotyczyły one przede wszystkimmetody szacowania parametrów rozkła−du Gumbela i metody strefowania ob−ciążenia śniegiem. Prof. J. Murzewskizaproponował także inne, znacznie

większe wartości charakterystyczne ob−ciążenia śniegiem.

W głosowaniu korespondencyjnymnad skierowaniem projektu Zmiany doankiety (na zebraniu w dniu28.04.2006 r. nie było kworum) na 16głosujących członków KT, przeciw skie−rowaniu wypowiedziało się tylko 3,w tym prof. J. Murzewski. W myśl „Orga−nizacji pracy KT PKN” [12] konsensusuważa się za osiągnięty w głosowaniu, jeżeli liczba głosów przeciwnych jest niewiększa niż 1/4 liczby głosujących. Pro− jekt Zmiany skierowany więc został doankiety powszechnej, zakończonej 15sierpnia br. Wypowiedzi w ankiecie niebyło żadnych, w konsekwencji czego 2października br. Prezes PKN zatwierdziłZmianę [10] i skierował do publikacji.

Sprawa jest więc – formalnie rzeczbiorąc – zamknięta. Z uwagi na osobęOponenta, Jego wybitny dorobek nauko−wy i dydaktyczny w zakresie probabilis−

tycznych metod oceny bezpieczeństwakonstrukcji i powszechne poważanieśrodowiskowe – a także wobec skiero−wanego do Prezesa PKN protestu Profe−sora J. Murzewskiego – nie można jed−nak postawić sprawy bez komentarza.

Prezes PKN podtrzymał swoją decy−zję i Zmiana do PN−80 została opubliko−wana. Nie mniej trzeba przedstawić ca−łość sprawy także do wiadomości sze−rokiemu gronu kolegów praktyków.

Uwagi końcowe

Pogląd swój na ustalenia PN−EN1991−1−3:2005, które wprowadza dopraktyki Zmiana, a także własną kon−cepcję postępowania w celu zapewnie−nia bezpieczeństwa budynków przy du−żym obciążeniu śniegiem, przedstawiłprof. J. Murzewski w [13].

W CEN (Comité Européen de Nor− malisation) planuje się wznowienie pracgrupy roboczej, która opracowała nor−mę europejską, m.in. w celu przeanali−zowania wniosków z katastrof dachówpod ciężarem śniegu, które zdarzyły sięw Europie w czasie zimy 2005/2006,

a także w celu rozszerzenia wspólnejmapy stref obciążenia śniegiem na te−rytoria nowych członków CEN, w tymPolski. Przedstawione zostaną równieżpropozycje prof. J. Murzewskiego. W dy−skusji nad przyszłymi ustaleniami euro−pejskimi nie zabraknie polskiego głosu.

Nasi koledzy – praktycy zaintereso−wani są natomiast przede wszystkimpolskimi ustaleniami normowymi i tychustaleń dotyczą podane niżej uwagi.Istota dyskutowanego problemu spro−wadza się do poziomu bezpieczeństwa,z jakim projektować należy konstrukcje,

czyli – jak zwykło się mówić potocznie –do „zapasu bezpieczeństwa”.

Tabela 1. Wartości charakterystyczneobciążenia śniegiem gruntu w Polscewg [6] i [10]

Strefa s k, kN/m2

1 0,007A – 1,4; sk≥0,70

2 0,9

3 0,006A – 0,6; sk≥1,2

4 1,6

5 0,93exp(0,00134A); sk≥2,0

UWAGA: A = Wysokość nad poziomem morza (m)



21


1 (192) 2007

W obliczeniach konstrukcji operuje−my wirtualnymi modelami rozpatrywa−nych zjawisk. Jak długo chodzi o zacho−wanie się konstrukcji poddanej określo−nym oddziaływaniom, zasadność mode−lu przyjętego do obliczeń i ocenę jegoniepewności można sprawdzić empi−rycznie, poddając badaniu fizyczny ele−ment czy nawet całą konstrukcję. Naszawiedza inżynierska jest bardzo szerokai pozwala na szczegółowe analizy zacho−wania się konstrukcji. Natomiast w przy−padku ustalania racjonalnego zapasubezpieczeństwa nie ma możliwości em−pirycznej weryfikacji przyjętych założeń,a uwzględnić trzeba i aspekty ekono−miczne, i społeczne, postęp techniczny,umiejętność wykonawców i dyscyplinęrealizacji. Problem staje się ogromniezłożony i nie sposób sobie z nim pora−dzić inaczej niż poprzez „zdroworozsąd−kowy” konsensus inżynierski w stosun−ku do poczynań naszych poprzednikówi podjętych przez nich ustaleń.

Aktualnie wprowadzana do naszejpraktyki EN 1991−1−3 jako [6] przyjmu− je dłuższe okresy powrotu niż PN−80[3], co prowadzi do odpowiednio więk−szych wartości charakterystycznych ob−ciążenia śniegiem. Zwiększone zostałyteż – jak już wspomniano wyżej – war−tości γ f częściowych współczynnikówbezpieczeństwa.

W Załączniku Krajowym [6] i w Zmia−nie [9] mamy dobrą zgodność wartościobciążenia śniegiem w regionach przyg−ranicznych z Niemcami [14]. Zapewnetrudniej będzie zharmonizować wartoś−ci obciążenia śniegiem na terenach przygranicy wschodniej, tam bowiem pozos−tają mniejsze wartości jako konsekwen−cje niższego poziomu bezpieczeństwaprzyjętego w normach radzieckich.

Dalsze zwiększenie zapasu bezpie−czeństwa, postulowane przez prof. J. Mu−rzewskiego, uznano za niecelowe. Niema żadnego argumentu „z praktyki”w tym względzie, jako że awarie konst−rukcji z zimy 1979/80 dotyczyły konst−rukcji nie w pełni prawidłowo wykona−nych. Tolerancja usterek musi mieć swo− je granice. I taki też był przedmiot kon−sensusu inżynierskiego KT102 PKNw sprawie obliczeniowych wartości ob−ciążenia konstrukcji budynków śniegiem.

W przypadku lekkich dachów (o cię−żarze własnym małym w stosunku dowartości obciążenia śniegiem) jest jed−nak jeszcze i drugi aspekt sprawy.

Podawane w normach projektowaniakonstrukcji wartości liczbowe, związanez zapewnieniem wymaganego poziomu

bezpieczeństwa konstrukcji, dotycząkonstrukcji „zwykłych”, to jest pow−

szechnie stosowanych w praktyce. Daw−niej, kiedy postęp techniczny nie był takszybki, może nie trzeba było tego szcze−gólnie podkreślać. Współcześnie jednak jest to już niezbędne. EN 1990 EurokodPodstawy projektowania konstrukcji[15] czyni to bardzo wyraźnie, stwierdza− jąc na wstępie, „że odmienne od zwyk−łych rodzaje konstrukcji lub zadanew projekcie warunki nie zostały tu (to jest w Eurokodach) uwzględnione. W ta−kich przypadkach wymaga się dodatko−wych opinii eksperta”. Stwierdzenie topowtarza się we wszystkich częściach1−1 Eurokodów „materiałowych”.

Jakie konstrukcje należy uważać za„zwykłe”, EN 1990 nie definiuje. Z dal−szego kontekstu normy (2.1 (5)P) wyni−ka jednak, że są to przede wszystkimkonstrukcje, w przypadku których wys−tępuje – czy występować może – zagro−żenie inne niż ma to miejsce powszech−nie i jako takie uwzględniane jest w ob−liczeniach konstrukcji.

Konstrukcje „zwykłe” to ogromnawiększość realizowanych obiektów bu−dowlanych i ich dotyczą podawane w nor−mach wartości liczbowe, związane z za−pewnieniem bezpieczeństwa konstruk−cji, a także i wymagania konstrukcyjne.

Wraz z postępem technicznym i roz−wojem cywilizacyjnym pojawiają się no−we „nie zwykłe”, bo nie powszechniestosowane, koncepcje konstrukcyjne,a wraz z nimi i nowe problemy, któreuwzględniać trzeba przy zapewnieniubezpieczeństwa konstrukcji.

W miarę przybywania doświadczeń,konstrukcje „nie zwykłe” stają się„zwykłymi”. Przykład – konstrukcjez prefabrykatów wielkowymiarowych.

Lekkie płaskie dachy nad ogrzewa−nymi pomieszczeniami to niewątpliwienowy rodzaj konstrukcji.

W latach 70., kiedy opracowywanoPN−80 [2], takich dachów o znacznejrozpiętości jeszcze nie budowano. PN−EN 1991−1−3 [6] wspomina „dachyo wysokim współczynniku przewodnoś−ci ciepła”, w przypadku których reduko−wać można obciążenie śniegiem.W przypadku lekkich dachów nad ogrze−wanymi pomieszczeniami, dobrze izolo−wanych cieplnie, mamy sytuację odw−rotną: większe obciążenie dachu niż re−ferencyjne obciążenie gruntu. Wynika tostąd, że śnieg świeżo spadły na nie za−marznięty grunt może się topić i nie jest mierzony jego ciężar, umyka statys−tyce. Ani autorzy norm ani projektancidotychczas nie zwracali uwagi na to zja−wisko. Ujawniło się ono dopiero w wyni−

ku pomiarów po tragicznej katastrofiehali MTK w Chorzowie [16].

I jeszcze sprawa wykonawstwa: kon−trola jakości wykonania konstrukcji da−chowych dużych rozpiętości musi byćprowadzona na poziomie kontroli wyko−nania konstrukcji mostowych. Zbyt dro−go kosztowało nas złe wykonawstwow przypadku hali MTK.

Te nowe problemy znajdą swój peł−ny wyraz w normach projektowania do−piero po zebraniu dostatecznej liczbywyników badań i obserwacji z praktyki.

Piśmiennictwo1) Thullie M.: Podręcznik statyki budowli dla

inżynierów, architektów i słuchaczówszkół politechnicznych. Lwów 1886 (bezwydawcy)

2) PN−80/B−02010 Obciążenia w oblicze−niach statycznych. Obciążenie śniegiem

3) Kuś, S., Sobolewski, A., Żurański, J.A.:Obciążenie śniegiem w Polsce wg daw−

nych przepisów i w ujęciu PN−80/B−02010. Inżynieria i Budownictwo nr 7,1980

4) ISO 4355:1981 Basis for design of struc−tures – Determination of snow loads

5) Żurański, J.A.: O obciążeniu śniegiemw aktualnych normach polskich. Inżynie−ria i Budownictwo nr 9, 2006

6) PN−EN 1991−1−3:2005 Eurokod 1 Oddzia−ływania na konstrukcje. Część 1−3 Oddzia−ływania ogólne – Obciążenie śniegiem

7) Żurański, J.A., Sobolewski, A.: Nowa ma−pa obciążenia śniegiem w Polsce. Inżynie−ria i Budownictwo nr 11, 2002

8) Stosowanie i sposób wykorzystania Euro−kodów – Instytut Techniki budowlanej, Se−ria: Dokumenty Unii Europejskiej nr 17,Warszawa 2004

9) Rozporządzenie Ministra Infrastrukturyz dnia 7 kwietnia 2004 r. zmieniające roz−porządzenie w sprawie warunków tech−nicznych, jakim powinny odpowiadać bu−dynki i ich usytuowanie. Dz. U. Nr 109z dnia 12 maja 2004 r., poz. 1156

10) Zmiana do Polskiej Normy PN−80/B−02010/Az1 Obciążenia w obliczeniachstatycznych. Obciążenie śniegiem

11) Żurański, J.A.: Obciążenie śniegiem w uję−ciu nowej normy PN−EN 1991−1−3:2003.Inżynieria i Budownictwo nr 2, 2006

12) Procedura PKN 2−2−P−1. Organizacja i tryb

pracy Komitetów Technicznych – stronainternetowa PKN13. Murzewski J.: O zapewnieniu bezpieczeń−

stwa budynków przy dużych obciążeniachśniegiem. Inżynieria i Budownictwo, nr 9,2006

14) DIN 1055−5 Einwirkungen auf Tragwerke– Teil 5: Schnee− und Eislasten. DIN Juli2005

15) PN−EN 1990:2004 Eurokod – Podstawyprojektowania konstrukcji

16) Żurański J.A.: Wpływ niektórych czynni−ków klimatycznych i technicznych na ob−ciążenie dachów śniegiem. 52 Konferen−cja Naukowa KILiW PAN i KN PZITB, Kry−nica 2006. Zeszyty Naukowe Politechniki

Gdańskiej nr 602, Budownictwo LądoweLIX, 2006




22

1 (192) 2007

*) Autor – prof. dr hab. inż., Politechnika Rze−szowska

Przyszło nam pracować w interesu− jącym okresie, kiedy zmieniają się pog−lądy na odpowiednie bezpieczeństwokonstrukcji różnego zastosowania.Zmieniają się materiały, które przez la−ta były podstawą budownictwa, a różniąsię istotnie właściwościami, w tym i cię−żarem własnym, zmieniły się równieżnarzędzia pracy konstruktora, przez co−

raz bardziej uniwersalne i automatyzu− jące decyzje projektowe – programykomputerowe.

Ogólnie za miarę bezpieczeństwakonstrukcji uważa się zgodność z nor−mami, gdyż one zawierają kryteria pra−widłowości. Więcej – są one obiektyw−nie niezbędne w sytuacjach konfliktówprawnych, w których sędzia musi mieć jednoznaczne uzasadnienie „za lubprzeciw”.

W zakresie norm konstrukcyjnychobiektów, nastąpiły w ciągu ostatnichkilkunastu lat dwie bardzo istotne zmia−ny.

Pierwsza, to podział problematykibezpieczeństwa w różnych normachw Eurokodach, od EN 1990 do EN1999, w których podstawowe zmiany„Oddziaływanie na konstrukcje” zawie−rają główne współczynniki częścioweγ G = 1,36 i γ Q = 1,5 odnoszące się dostałych i zmiennych obciążeń konstruk−cji wszelkich zastosowań.

Uzupełniające współczynniki częś−ciowe są umieszczone we wszystkichpozostałych normach konstrukcji, z róż−nych materiałów jak γ

Mi zmieniają się

od γ M = 2,23 w betonie żelbetu (w sto−sunku wartości charakterystycznych doobliczeniowych) i stali gdzie γ S = 1,15aż do różnych konstrukcji metalowych,gdzie γ M = 1,0÷1,2. Ogólnie są oneznacznie wyższe niż dawniej stosowanogdyż γ G = 1,1, a γ A = 1,2÷1,4.

Drugą zmianą zwaną w okresie tzw.„norm pomostowych” wprowadzonow Polsce do 2010 r. zalecaną jako war−tości pośrednie. Konsekwencje tychprzemian są dwojakiego rodzaju:

– Wszystkie konstrukcje istniejąceniezależnie od funkcji i materiału jeżelibyły „oszczędnie” zaprojektowane niespełniają obecnych, a tym bardziejprzyszłych – od 2010 r. wymagań.Wprowadzone do standardowego obli−czeniowego programu dane, wykażąbraki. Rozebrać, wzmacniać czy ryzyko−wać użytkowanie – to decyzja, której nie

obejmuje żadna norma a musi podjąć ją inżynier – rzeczoznawca, na swojąosobistą odpowiedzialność, czy to pot−rafi? Czy będzie miał tyle odwagi cywil−nej?

Dyspensę w stosunku do istnieją−cych konstrukcji daje norma PN−ISO2394 „Ogólne Zasady niezawodnościkonstrukcji budowlanych” z kwietnia2000 r. stwierdzając w rozdziale W.3.„W niektórych przypadków oceny nieza− wodności, mogą być wymagane przez władze, towarzystwa ubezpieczeniowe,lub przez właścicieli, albo wynikać z programu prac związanych z utrzyma−

niem konstrukcji.Nie ma potrzeby przeprowadzania

oceny tych części istniejących konstruk− cji, które nie będą podlegały zmianomkonstrukcji, które nie są w oczywisty sposób uszkodzone, ani co do którychnie zachodzi podejrzenie, że mogą mieć niewystarczającą niezawodność.

Oczywiście nie zmienia to problema−tyki odpowiedzialności za decyzję, choćargumentacji nie musi przeprowadzićrzeczoznawca.

Jeśli chodzi o wyższe w przyszłościeuropejskie częściowe, współczynnikiobciążenia i współczynniki materiałowe,to uważam, że okres pośredni pomos−towy nie ma sensu. Wyższe bezpieczeń−stwo to kwestia bogatszego społeczeń−stwa i trwałości zbudowanych obiek−tów, decyzja o honorowaniu tradycyjnejbiedy jest niefortunna, a odpowiedzial−ni konstruktorzy zwłaszcza wtedy, gdynormy nie są obligatoryjne, powinni takprojektować aby bezpieczeństwem nieróżnić się od reszty Europy.

Wyższość konstrukcji leży w lepszej,

ciekawszej koncepcji, a nie w oszczęd−nościach materiałowych. Kr yterium naj−

niższych kosztów w przetargach z tytu−łu zapotrzebowania materiałów, to ab−surd, wymagający refleksji i krytyki.Wszak kryteriami racjonalnymi konst−rukcji jest jej efektywność intelektualna(zgodność i racjonalność teorii użytej ja−ko podstawa), ekonomia (koszty)i efekt estetyczny społecznie akcepto−wany.

Kolejną cezurą jest problematykaobciążeń meteorologicznych, lub nazy−wanych czasem klimatycznymi, a głów−nie śniegu i wiatru. Śniegu – dlatego żedla ogromnej większości budowli jest jedynym zmiennym obciążeniem grawi−tacyjnym dla dachów (budownictwomieszkaniowe, sportowe, przemysłoweitp.). Wiatru – dlatego że jest najczęś−ciej jedynym obciążeniem poziomym.

Oba te obciążenia są detektoramiwszelkich niedoróbek, błędów lub nie−poradności konstrukcji, ale absolutniew niejednakowym stopniu. Śnieg jestpewnym umownym obciążeniem –umownym w tym sensie, że umowaspołeczna leży albo w arbitralnym przy− jęciu okresu powrotu wartości oczeki−wanej 5−10−50 lat i probabilistycznejmetodzie jego przewidywania, co zakażdym razem daje różne, rosnące war−tości, albo w samym wyniku, zależnymod przyjętego matematycznego kryte−rium. Ono właśnie jest przedmiotemsporu specjalistów od rachunku sto−chastycznego.

Jest on dla konstruktora absolutnie

nieistotny, drugorzędny i z tak małymprawdopodobieństwem oceniany, jakpogoda w meteorologii. Zwłaszcza, gdyklimat podlega zmianom, a występują−ce co około 10 letnie extrema związa−ne z emisją promieniowania słoneczne−go wyskakują ponad średnią.

Normy meteorologiczne są norma−mi informacyjnymi o zupełnie innymcharakterze niż normy konstrukcyjne,które pokazują określone powtarzalneprzebiegi sił wewnętrznych w konstruk−cjach, jako stałe zjawiska fizyczne.

Tym niemniej, choć dla śniegu jest

nieistotne czy spadnie on na konstruk−cję żelbetową, stalową, czy z drewna,

Refleksje konstruktoraStanisław Kuś *)



23


1 (192) 2007

jego wartość jest od tego niezależna, to jego wpływ na bezpieczeństwo tych kon−strukcji jest dramatycznie różny.

Różnice te są też inne dla budownic−twa mieszkaniowego, przemysłowegoi użyteczności publicznej, dlatego że ichkonstrukcje na ogół opierają się na róż−nych materiałach.

Weźmy prosty przykład: stropy(i stropodachy płaskie) w budynkachmieszkalnych są żelbetowe i ważą oko−ło 5,00 kN/m2 wraz ze śniegiem1,20 kN/m2 to 6,2 kN/m2. Średni glo−balny współczynnik bezpieczeństwa tos = 1,6. obciążenie niszczące pod któ−rym strop „ma prawo” się zawalić – to:

(5,00 +1,20)·1,6 = 9,92 kN

Dodatkowe obciążenie ponad ciężarwłasny do powstania możliwości katas−trofy to:

∆q = 9,92 – 5,00 = 4,92 kN/m2

Jeżeli natomiast mamy do czynieniaz konstrukcją metalową w budownict−wie przemysłowym lub sportowym, alboużyteczności publicznej to średni ciężarwłasny, wraz ze śniegiem to:

(0,5 + 1,20)·1,6 = 2,72 kN/m2

Dodatkowe obciążenie do powsta−nia katastrofy, to:

∆q = 2,72 – 0,50 = 1,26 kN/m2

Tak więc w przypadku tego samegozastosowania użytkowego, ale konstruk−cji żelbetowej i metalowej, ta pierwszawymaga aż 3,9 – prawie czterokrotniewiększego obciążenia do zniszczenia.Można oczywiście podważać słusznośćarbitralnego globalnego współczynnikabezpieczeństwa gdy wszystkie składoweprzykładu mają charakter probabilistycz−

ny ale bezspornym jest fakt, że o ile dlapowszechnego budownictwa miejskie−go, a i dla dawnego przemysłowego war−tość obciążenie śniegiem była nieistot−na, to dla budownictwa stalowego jestono podstawowe – gdyż jest ono około

4 razy bardziej wrażliwe na przyrost ob−ciążenia ponad ciężar własny.Tak jak wyżej napisałem, różnice po−

między wartościami charakterystyczny−mi śniegu są nieistotne dla konstrukcji,zwiększenie ogólne obciążeń śniegiem,to nonsens, natomiast wprowadzeniedodatkowego współczynnika obciążeniadla konstrukcji lżejszych niż obciążenieśniegiem wydaje się uzasadnione. Naprzykład rzędu γ Q = 1,2. Ale wtedy nale−ży oczekiwać protestu ze strony produ−centów konstrukcji metalowych, gdyżzaczną oni przegrywać w przetargach. n

Witold Pieśla*)

Praktyka projektowa

Dla powszechnie i przez wiele latstosowanych żelbetowych dachów lubstropodachów udział ten wynosił ok.30−40% i to nawet w rejonach więk−szych opadów śniegu. Nawet stosunko−

wo lekkie konstrukcje stalowe dachówprzekrywano wówczas żelbetowymi pły−tami panwiowymi i ciężką izolacją. Tenstan uwzględniała norma [1], któraprzewidywała, że dla typowych (choćnie wiadomo, co to dziś znaczy) prze−kryć żelbetowych o ciężarze własnympowyżej 1,50 kN/m2, współczynnik „c”kształtu dachu jest stały i nie zależy odpochylenia połaci.

Praktyka projektowania zmieniła sięw ostatnim czasie, zwłaszcza poprzez

*) Autor – dr inż., PPT „Promor” sp. z o.o.Gdańsk

powszechne stosowanie bardzo lekkichmateriałów pokrywczych i izolacyjnych.Dotyczy to zwłaszcza dużych powierzch−niowo budynków, takich jak pawilonyhandlowe, magazyny lub hale przemys−

łowe. Wzrost kosztów stali i ogrzewaniaspowodował, że inwestorzy wymagająod projektantów jak najlżejszych konst−rukcji i jak najmniejszych spadków po−łaci dachowych, utrudniających przyokazji spływanie wody z topniejącegośniegu.

W tak zaprojektowanych dachachudział obliczeniowego obciążenia śnie−giem dochodzi do 60 %, a w przypadkudachów nieocieplanych – do 70% obcią−żenia całkowitego. W takich przypad−kach śnieg jest obciążeniem decydują−cym o wymiarowaniu konstrukcji oraz jej bezpieczeństwie i jako takie powin−

no być traktowane z największą powa−gą, biorąc zwłaszcza pod uwagę jego ży−

wiołowy charakter.W rzeczywistości bywa ono w pro−

jektowaniu traktowane nieraz bezdusz−nie. Analizie obciążeń poświęca sięniestety stosunkowo mało uwagi, częs−to nie uwzględnia się ich możliwychkombinacji. Zdarza się, że w ustrojachwieloprzęsłowych nie analizuje się naprzykład takiego układu, który może po−wodować obciążenie śniegiem tylkoniektórych przęseł i to w najbardziejniekorzystny sposób dla poszczegól−nych wielkości statycznych. W naturzetaka sytuacja występuje rzadko, aleprzy przewidywanym wprowadzeniu us−tawowego obowiązku usuwania śnieguz dachów większych budynków i niepra−widłowym jego wykonywaniu, może sięzdarzyć.

Stosowanie w projektowaniu nawetnajbardziej wyrafinowanych i dokład−nych metod obliczeń statyczno−wytrzy−małościowych traci sens przy brakudogłębnej analizy obciążeń. Niestety,wspomniana praktyka wynika między in−nymi z marginalnego traktowania tegozagadnienia jeszcze w czasie studiów

politechnicznych, na ogół nie jako od−rębnego, ważnego przedmiotu, a jedy−

Przez dziesiątki lat konstrukcje dachów budynków nie byłyzbyt wrażliwe na obciążenie śniegiem. Z dachów o dużympochyleniu połaci śnieg się zsuwał, a dachy płaskie byłyz reguły wykonywane z ciężkich materiałów konstrukcyjnychi izolacyjnych, przez co udział ciężaru śniegu w całkowitymobciążeniu był mały.




24

1 (192) 2007

nie jako dodatku do innych, branżo−wych. W dodatku – powszechnie dos−tępna literatura techniczna, dotyczącazwłaszcza obciążeń konstrukcji wpływa−mi atmosferycznymi, jest nieliczna.Podręczniki tego rodzaju, jak na przyk−ład [2], były wydane wiele lat temu, lub jako skrypty w małych nakładach.

W dodatku do zagrożeń, wynikają−cych z opisanej sytuacji, dochodzą jesz−cze poważniejsze, a mianowicie wynika− jące z różnic pomiędzy rzeczywistą,a normową wielkością obciążenia śnie−giem. Mogą one mieć bardzo poważnywpływ na projektowanie konstrukcji, ichbezpieczeństwo, a przede wszystkimużytkowników. Wspomniane budynkio dużych powierzchniach są przezna−czone zazwyczaj do użytkowania przezznaczną liczbę ludzi. Ewentualne awa−

rie, czy katastrofy mogą pociągać za so−bą wiele ofiar. Wieloletnie doświadcze−nia wykazały, że nawet prawidłowo zap−rojektowane i wykonane konstrukcjeulegały katastrofom w wyniku większe−go, niż określały to normy, obciążeniaśniegiem.

Te kosztowne w skutkach katastro−fy były przyczynkiem do zmian normy„śniegowej”. Ostatnie zmiany, wprowa−dzone do normy [1] przez komitet Tech−niczny 102 PKN idą z pewnością wewłaściwym kierunku, poprzez zwiększe−nie obciążeń śniegiem i zmianę stref

śniegowych, co jest wynikiem dłuższychw czasie i dokładniejszych obserwacjimeteorologicznych oraz ich analiz [3].

Te zmiany mają istotne znaczeniedla wielu rejonów kraju, na przykładWybrzeża Gdańskiego. Zmieniona nor−ma [1] zwiększa tu obciążenie śniegiemo 71% [4], a zmieniając granicę stref uwzględnia pewną, znaną mieszkań−com z codziennych obserwacji, szcze−gólną cechę klimatu. Polega ona natym, że obszar administracyjny Trójmias−ta obejmuje zarówno nisko położone te−reny blisko morza, gdzie śniegu jest

mniej, a temperatura o ok. 3−4 st. C wyż−sza, niż na nieodległych terenach poło−żonych na skraju Wysoczyzny Kaszubs−kiej, blisko 200 m ponad poziomem mo−rza. Potwierdzają to obserwacje meteo−rologiczne, wskazujące, że w rejonie

gdańskiego lotniska Rębiechowo obcią−żenie śniegiem jest o 54% większe niżna obszarze tak zwanego „dolnego tara−su” miasta [4]. Według dotychczasowejnormy rejon ten był zaliczany do I strefyśniegowej, co powodowało przyjmowa−nie niższych, niż rzeczywiście występują−ce, obciążeń śniegiem i tym samymmogło powodować przeciążenie konst−rukcji nośnej dachów [5].

Można mieć nadzieję, że autorzy os−tatecznej wersji zmian normy śniegowejnie ulegali już takim naciskom ekono−micznym, a pewnie i politycznym, jakiemiały miejsce na przykład w latachsześćdziesiątych ubiegłego wieku, kie−dy to radykalnie zmniejszono normoweobciążenie śniegiem, uzyskując tylkopozorne i doraźne oszczędności. Wpro−wadzenie w życie nowej normy z pew−

nością poprawi bezpieczeństwo konst−rukcji i ich użytkowników. Doceniają to już rozsądni i odpowiedzialni inwesto−rzy. Na przykład w kierowanym przezemnie biurze projektów już od ponad ro−ku skutecznie przekonujemy inwesto−rów do wykonywania obliczeń statyczno−wytrzymałościowych z uwzględnieniempostanowień zmienionej normy. Spoty−kamy się z ich zrozumieniem i zgodą,na co z pewnością wpływ mają ostat−nie, spektakularne katastrofy spowodo−wane nadmierną ilością śniegu.

Praktyka projektowa wymaga, żeby

normy techniczne były proste, jednoz−naczne i nie powodowały ich dowolnejlub błędnej interpretacji, czego nie moż−na powiedzieć na przykład o normie [6].Na szczęście zarówno dotychczasowa, jak i nowa norma śniegowa są pod tymwzględem zwarte i przejrzyste. Oczywiś−cie trudno jest przyjąć założenie, że nor−my będą zwiększać wielkości obciążeńpo to, żeby stworzyć w ten sposób za−pas nośności konstrukcji na pokrycieskutków ewentualnych błędów projekto−wych i wykonawczych, które się nieste−ty zdarzają. Byłoby bardzo dobrze, gdy−

by system kontroli skutecznie elimino−wał błędy, zwłaszcza wykonawstwa. Nato trzeba jednak wykwalifikowanej kad−ry, procedur i urządzeń kontrolnych orazpieniędzy, czego na ogół brak, a przedewszystkim długiego czasu, w którym do−

tychczasowy poziom kontroli pewnieniewiele się zmieni. Między innymi z te−go powodu, jak również z powoduwspomnianych i niestety zdarzającychsię uproszczeń projektowych, (pomija− jąc nawet przekonujące, teoretyczneprzesłanki), wydaje się uzasadnionapropozycja prof. J. Murzewskiego –przyjęcia jeszcze wyższych, niż to prze−widuje zmieniona norma, wielkości ob−ciążenia śniegiem [7].

W każdym razie obecnie, po nada−niu zmianom normy ostatecznej posta−ci, niezbędne jest szybkie informowanieprojektantów o tym fakcie. Jest to o ty−le ważne, że funkcjonuje teraz wiele,nieraz jednoosobowych pracowni pro− jektowych, które rzadko korzystają z fa−chowej literatury technicznej i którychczęsto nie stać na zakup nowych norm,odkąd ich wydawnictwo stało się ko−mercyjne i nie służy szerzeniu najnow−szej wiedzy technicznej wśród inżynie−rów, zwłaszcza w czasach zmian ogrom−nej liczby norm i pojawianiu się nowych.

Zmiany wprowadzone w normie [1]są uzasadnione i idą we właściwym kie−runku. Z pewnością stanowią one kom−promis między wynikami obserwacjii analiz zjawisk meteorologicznych,a racjami ekonomicznymi. Najbliższe la−ta praktyki pokażą, czy te zmiany sąwystarczające.

Literatura1) PN−80/B−02010 „Obciążenia w oblicze−niach statycznych. Obciążenie śnie−giem”

2) Żurański J.: Obciążenia wiatrem budow−li i konstrukcji. Arkady 1978.

3) Żurański J.: O obciążeniu śniegiem w ak−tualnych normach polskich. Inżynieriai Budownictwo, nr 9/2006.

4) Żurański J.: Obciążenie śniegiem w uję−ciu nowej normy PN−EN 1991−1−3:2003.Inżynieria i Budownictwo, nr 2/2006.

5) Pieśla W.: Konsekwencje obciążenia da−chu „workiem śnieżnym”. WiadomościProjektanta Budownictwa, nr 8/2006.

6) PN−EN 1990: Eurokod. Podstawy projek−towania konstrukcji.

7) Murzewski J.: O zapewnieniu bezpie−czeństwa budynków pod dużym obciąże−niem śniegiem. Inżynieria i Budownic−two, nr 9/2006

wiadomosci_01_2007_normy_sniegowe

Documents