Przykłady obliczania konstrukcji żelbetowych Zeszyt 3
Książka „Zarysowanie” jest zwięzłą monografią dotyczącą sprawdzania konstrukcji żelbetowych ze względu na zarysowanie. Na pierwszy rzut oka można odnieść wrażenie, że sprawdzanie SG zarysowania polega na podstawianiu do kilku prostych wzorów. Problem jest jednak znacznie szerszy. Zarówno teoria dotycząca zarysowania żelbetu, jak również wynikające z niej przepisy i zasady stosowania tych przepisów do zagadnień powstających w praktyce, są złożone i nie zawsze całkiem jasne. „Zarysowanie” składa się z części A i B, oraz arkuszy kalkulacyjnych służących do obliczania szerokości rys i minimalnego zbrojenia potrzebnego ze względu na zarysowanie.
W Części A zatytułowanej „Zasady” przedstawiono teorię zarysowania i uzasadnienia metod obliczeń użytych w arkuszach i w przykładach. W ostatnim rozdziale tej części zamieszczono zwięzłe instrukcje, zawierające wyjaśnienia, które mogą być potrzebne, gdy informacje zawarte w samych arkuszach okażą się niewystarczające.
W Części B zatytułowanej „Przykłady” umieszczono przykłady zastosowania arkuszy kalkulacyjnych do obliczania przekrojów, elementów i konstrukcji, w których zarysowanie może odgrywać istotną rolę. Autorzy starali się, żeby przykłady dotyczyły zagadnień, które mogą pojawić się w praktyce, zwłaszcza takich, w których mogą wystąpić pracochłonne obliczenia (wtedy stosowanie arkuszy bardzo usprawnia projektowanie) i takich, w których pojawiają się problemy związane ze stosowaniem teorii i interpretacją przepisów normy. Dużo uwagi poświęcono interpretacji przepisów dotyczących minimalnego zbrojenia ze względu na zarysowanie. Analiza ogólnych zasad normy i szczególnych przypadków, które często wykraczają poza ramy normy, pozwoliła na sformułowanie zasad będących uogólnieniem teorii zawartej w normie. Niemniej jednak inżynierowie niezainteresowani teorią nie muszą się tym niepokoić. Zakładamy, że czytelnikiem książki i użytkownikiem arkuszy kalkulacyjnych jest inżynier lub student, który zna podstawy teorii żelbetu na poziomie kursu inżynierskiego wyższej uczelni. Prawie zawsze, zwłaszcza po wykonaniu kilku przykładów, można stosować dołączone do książki arkusze bez dodatkowego studiowania teorii, opierając się wyłącznie na przykładach i krótkich objaśnieniach.
Arkusze kalkulacyjne mogą służyć do obliczania szerokości rys w zwykłych przypadkach, tzn. w zginanych, rozciąganych i ściskanych (z dużym mimośrodem) przekrojach prostokątnych, teowych i dwuteowych (a zatem także w przekrojach skrzynkowych i w przekrojach o kształcie leżącej litery C). Zbrojenie tych przekrojów może być rozmieszczone w wielu warstwach. Arkusze umożliwiają także analizę przekrojów kołowych i pierścieniowych. Teoria przedstawiona w książce pozwala wnikliwym czytelnikom sprawdzić, w jaki sposób rozwiązano zagadnienia wykraczające poza zakres normy, zwłaszcza te, w których można stosować różne interpretacje przepisów. Opracowując przykłady, Autorzy nie unikają tych problemów, które mogą budzić kontrowersje. Dlatego w Części B oprócz przykładów ilustrujących posługiwanie się arkuszami umieściliśmy także przykłady dotyczące wyznaczania minimalnego zbrojenia ze względu na zarysowanie i przykłady zastosowania teorii do projektowania zbrojenia potrzebnego ze względu na naprężenia termiczno-skurczowe.
Patroni medialni:
Wydawać by się mogło, że problem stanu granicznego zarysowania jest mniej istotny od stanu granicznego nośności i wobec czego Eurokod 1, jak również jego użytkownicy mniej się interesują tym zagadnieniem. Większość projektantów stara się wykorzystać różne możliwości omijania dość żmudnych obliczeń, wykorzystując metody uproszczone lub zwolnienia z obliczeń rys np. w przypadku płyt budynków zginanych bez istotnego rozciągania siłami podłużnymi, których wysokość nie przekracza 200 mm. Dodatkowo Eurokod 1 nie wymaga już sprawdzania rys ukośnych, który to wymóg znajdował się jeszcze w ostatniej polskiej normie PN-B-03264:2002. Problem jest jednak znacznie szerszy, jak zauważają autorzy we wstępie. Zarówno teoria dotycząca zarysowania żelbetu, jak również wynikające z niej przepisy i zasady stosowania tych przepisów do zagadnień powstających w praktyce, są złożone i nie zawsze całkiem jasne. Dlatego książka, która miała zbiorem przykładów obliczeń, wykonywanych za pomocą dołączonych do niej arkuszy kalkulacyjnych, rozrosła się do rozmiarów poważnej monografii.Do najważniejszych zalet książki należy zaliczyć: Uzupełnienie przepisów normowych o dodatkowe założenia pozwalające na ich uporządkowanie, Arkusze kalkulacyjne, które poza obliczaniem szerokości rys mogą mieć inne zastosowania (np. można je wykorzystać do ścisłego obliczenia naprężeń w elementach żelbetowych w fazie II zgodnie z teorią naprężeń liniowych), Nowe ujęcie zagadnień związanych z minimalnym zbrojeniem potrzebnym ze względu na zarysowanie, które polega na bezpośrednim sprawdzaniu, czy założone zbrojenie minimalne zapewnia wystarczające ograniczenie szerokości rys mogących powstać pod wpływem oddziaływań wewnętrznych. Takie podejście jest racjonalne dzięki załączonym arkuszom kalkulacyjnym umożliwiającym szybkie obliczanie szerokości rys. W tej sytuacji skomplikowane i niejasne przepisy uproszczonych obliczeń minimalnego zbrojenia przestają być potrzebne. Wykazanie, że Eurokod 2 jest lepszy od ostatniej polskiej normy PN-B-03264:2002, mimo oparcia ich na tych samych podstawach teoretycznych. Przedstawienie zasad wyznaczania minimalnego zbrojenia ze względu na zarysowanie spowodowane oddziaływaniami termiczno-skurczowymi (TS). Stosując bezpośrednio zasady zarówno Eurokodu 2 i PN-B-03264:2002 w elementach osiowo rozciąganych przez naprężenia TS otrzymuje się bardzo duże ilości zbrojenia, znacznie większe niż to dawniej wynikało z przepisów konstrukcyjnych. Autorzy posługując się przepisami niemieckiego Załącznika Krajowego oraz piśmiennictwem dotyczącym efektów termiczno-skurczowych, wykazali, że zwykle można zastosować mniej zbrojenia. Do bardzo ważnych osiągnięć autorów, należy również zaliczyć wprowadzenie klasyfikacji analiz służących do wyznaczania minimalnego zbrojenia – poziom 0 (niezależnie od temperatury i skurczu), poziomy 1 i 2 (wymagające obliczenia naprężeń TS. Zdaniem recenzenta jest tutaj bezpośrednie nawiązanie do zasad wprowadzonych przez Model Code 2010, które proponują kilka poziomów aproksymacji obliczeń konstrukcji żelbetowych. Każdy wyższy poziom aproksymacji przynosi dokładniejszy wynik obliczeń, ale wymaga większego nakładu pracy związanego z uwzględnieniem większej liczby czynników mających wpływ na analizowane zagadnienie.
dr hab. inż. Tadeusz Urban,
prof. Politechniki Łódzkiej
Michał Knauff
Profesor doktor habilitowany, inżynier, pracownik naukowo-dydaktyczny na Wydziale Inżynierii Lądowej Politechniki Warszawskiej oraz Wydziale Budownictwa i Inżynierii Środowiska w Szkole Głównej Gospodarstwa Wiejskiego.
Bartosz Grzeszykowski
Mgr inż.; jest absolwentem Politechniki Warszawskiej i pracownikiem naukowo dydaktycznym w Zakładzie Konstrukcji Betonowych na Wydziale Inżynierii Lądowej Politechniki Warszawskiej od 2014 roku. Jest współautorem licznych publikacji z dziedziny konstrukcji zespolonych stalowo – betonowych oraz żelbetowych, publikowanych w polskich i zagranicznych czasopismach naukowych oraz prezentowanych na krajowych i zagranicznych konferencjach naukowych. W swoich zainteresowaniach naukowych skupia się na zagadnieniach związanych z modelowaniem numerycznym i analitycznym konstrukcji żelbetowych oraz zespolonych oraz zjawiskami termiczno – skurczowymi w betonie. Jest współautorem dwóch książek wydanych przez PWN (razem z prof. zw. dr hab. inż. M. Knauffem oraz dr inż. A. Golubińską) z cieszącej się dużą popularnością serii Przykłady obliczeń konstrukcji żelbetowych: Zeszyt 2, Elementy ściskane oraz Zeszyt 3, Zarysowanie. Arkusze kalkulacyjne dołączone do wyżej wymienionych pozycji są jego autorstwa. Ponadto jest wspólnikiem w firmie Biuro Inżynierskie Mostostal SP.J oraz ma uprawnienia budowlane do projektowania w specjalności konstrukcyjno-budowlanej. Jest czynnym projektantem i współautorem licznych projektów z zakresu głównie stalowych konstrukcji przemysłowych.
Agnieszka Golubińska
Dr inż., adiunkt, Zakład Konstrukcji Betonowych, Instytut Inżynierii Budowlanej, Wydział Inżynierii Lądowej.
