Stany graniczne użytkowalności (SGU) w żelbecie – rodzaje i zasady sprawdzania wg EC2
1. Pojęcie stanu granicznego użytkowalności
Zgodnie z Eurokodem 2, stany graniczne użytkowalności (SGU) odnoszą się do takiego stanu konstrukcji, w którym:
nie jest zagrożone bezpieczeństwo,
są spełnione wymagania użytkowe obiektu.
SGU dotyczą więc:
komfortu użytkowania,
trwałości konstrukcji,
estetyki,
prawidłowego funkcjonowania elementów niekonstrukcyjnych.
W odróżnieniu od stanów granicznych nośności (ULS), niespełnienie SGU nie prowadzi do zniszczenia konstrukcji, ale może powodować jej dyskwalifikację eksploatacyjną.
2. Znaczenie SGU w konstrukcjach żelbetowych
Konstrukcje żelbetowe:
pracują w stanie zarysowanym,
podlegają pełzaniu i skurczowi,
są wrażliwe na długotrwałe oddziaływania.
Z tego względu SGU mają w żelbecie szczególne znaczenie i w wielu przypadkach:
decydują o wymiarach przekrojów,
determinują ilość zbrojenia,
są bardziej restrykcyjne niż warunki ULS.
Eurokod 2 poświęca SGU cały rozdział 7, co podkreśla wagę zagadnienia.
3. Rodzaje stanów granicznych użytkowalności wg EC2
Eurokod 2 wyróżnia trzy podstawowe grupy SGU:
Ograniczenie zarysowania,
Ograniczenie ugięć,
Ograniczenie drgań (rzadziej w klasycznych budynkach).
4. SGU zarysowania
4.1. Istota zarysowania w żelbecie
Zarysowanie jest zjawiskiem naturalnym w konstrukcjach żelbetowych:
beton nie przenosi rozciągania,
po przekroczeniu wytrzymałości na rozciąganie powstają rysy.
Celem SGU nie jest eliminacja rys, lecz:
ograniczenie ich szerokości,
zapewnienie trwałości i estetyki,
ochrona zbrojenia przed korozją.
4.2. Kryterium normowe
EC2 wprowadza:
dopuszczalną szerokość rysy wmax
zależną od:
klasy ekspozycji,
funkcji elementu,
wymagań trwałości.
Typowe wartości:
0,4 mm – elementy wewnętrzne,
0,3 mm – środowisko umiarkowane,
0,2 mm – środowisko agresywne,
0,1 mm – konstrukcje szczególnie wymagające.
4.3. Metody sprawdzania zarysowania
Eurokod 2 dopuszcza:
metodę obliczeniową – bezpośrednie obliczenie szerokości rysy,
metodę uproszczoną – ograniczenie naprężeń w stali,
metodę pośrednią – odpowiedni dobór średnic i rozstawów prętów.
W praktyce projektowej najczęściej stosuje się:
metodę pośrednią (reguły konstrukcyjne),
szczególnie w belkach i płytach.
5. SGU ugięć
5.1. Znaczenie ugięć
Nadmierne ugięcia mogą powodować:
uszkodzenia ścian działowych,
pękanie okładzin,
problemy z funkcjonowaniem stolarki,
subiektywne poczucie „niestateczności” konstrukcji.
5.2. Rodzaje ugięć
EC2 rozróżnia:
ugięcia natychmiastowe (od obciążeń krótkotrwałych),
ugięcia długotrwałe (pełzanie, skurcz),
ugięcia całkowite (suma powyższych).
W żelbecie ugięcia długotrwałe mają szczególnie duże znaczenie.
5.3. Kryteria dopuszczalne
Eurokod 2 zaleca ograniczenia ugięć w postaci:
relacji ugięcia do rozpiętości, np.:
L/250
L/300,
w zależności od funkcji elementu i rodzaju wykończenia.
5.4. Metody sprawdzania ugięć
EC2 dopuszcza:
metodę dokładną – obliczenia ugięć z uwzględnieniem zarysowania i pełzania,
metodę uproszczoną – kontrolę smukłości (L/d).
Metoda uproszczona:
jest najczęściej stosowana w praktyce,
daje szybkie i bezpieczne wyniki,
wymaga jednak spełnienia określonych warunków normowych.
6. SGU drgań
6.1. Charakter zagadnienia
Drgania dotyczą głównie:
stropów o dużych rozpiętościach,
lekkich konstrukcji,
obiektów o szczególnych wymaganiach użytkowych.
W klasycznych budynkach mieszkalnych:
rzadko są stanem decydującym,
ale nie mogą być całkowicie pomijane.
6.2. Ujęcie normowe
Eurokod 2:
nie podaje szczegółowych procedur obliczeniowych,
odsyła do literatury specjalistycznej i norm uzupełniających.
7. Kombinacje obciążeń w SGU
Sprawdzenia SGU wykonuje się dla:
kombinacji charakterystycznych,
częstych,
quasi-stałych,
zgodnie z zasadami Eurokodu 0 i Eurokodu 1.
Dobór kombinacji:
zależy od rodzaju SGU,
ma istotny wpływ na wyniki sprawdzeń.