Obciążenie śniegiem w Polsce w projektowaniu i diagnostyce konstrukcji

Jerzy A. Żurański, Andrzej Sobolewski

W monografii przedstawiono wyniki analizy statystycznej i probabilistycznej obciążenia śniegiem gruntu na obszarze Polski jako wielkości odniesienia w ocenie obciążenia śniegiem dachów. Omówiono techniki i metody pomiarowe pokrywy śnieżnej na gruncie, stosowane w Polsce, oraz podano przykładowe wyniki pomiarów grubości pokrywy śnieżnej, ciężaru objętościowego śniegu i obciążenia śniegiem gruntu. Do analizy statystycznej i probabilistycznej wykorzystano wartości maksymalne obciążenia śniegiem gruntu wybrane z każdej zimy z lat 1950–2010 ze 115 stacji i posterunków meteorologicznych Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej – Państwowego Instytutu Badawczego. Wartości charakterystyczne obciążenia śniegiem gruntu, o okresie powrotu 50 lat, oszacowano za pomocą rozkładu prawdopodobieństwa wartości ekstremalnych, zwanego rozkładem Gumbela, którego parametry szacowano metodą największej wiarygodności. Wyniki przedstawiono tabelarycznie oraz graficznie w postaci wykresów i map terytorialnego rozkładu obciążenia śniegiem w Polsce. Omówiono metodę ustalania strefowych wartości obciążenia śniegiem, przedstawiono nowy podział kraju na strefy obciążenia przyjęty przez Polski Komitet Normalizacyjny i opublikowany w załączniku krajowym do normy europejskiej oraz w zmianie do dotychczasowej normy polskiej. W monografii przedstawiono ocenę wyjątkowych wartości obciążenia śniegiem gruntu oraz długotrwałości występowania określonych wartości obciążenia śniegiem. Omówiono awarie i katastrofy konstrukcji pod ciężarem śniegu w Polsce w latach 1968–2006. Szczególną uwagę poświęcono wynikom pomiarów i analiz obciążenia śniegiem wykonanym po katastrofie hali MTK w Chorzowie w styczniu 2006 r. W pracy omówiono dotychczasowe przepisy i normy polskie ustalające obciążenie śniegiem dachów, poczynając od końca XIX w. aż po normy aktualne. Przedstawiono także kierunki dalszych prac, zaproponowane przede wszystkim na podstawie wyników pomiarów i analiz wykonanych po katastrofie hali MTK w Chorzowie. Omówiono problemy diagnostyki konstrukcji zaprojektowanych w czasie obowiązywania norm, w których normowe obciążenie śniegiem było mniejsze, niekiedy znacznie, w stosunku do norm aktualnych. Przedstawiono także zagadnienia związane z odśnieżaniem dachów. W pięciu załącznikach podano: 1) współrzędne geograficzne i krótkie opisy stacji i posterunków meteorologicznych IMGW-PIB, z których wykorzystano wyniki pomiarów; 2) analizowane dane pomiarowe; 3) wykresy wieloletnich przebiegów zimowych wartości maksymalnych obciążenia śniegiem gruntu w latach 1950-2010; 4) wyniki obliczeń statystycznych i probabilistycznych; 5) wykresy na siatce probabilistycznej Gumbela wartości obciążenia zmierzonych przez 115 stacji i posterunków.

Posadzki betonowe utwardzone powierzchniowo preparatami proszkowymi

Andrzej Nowacki

Przedmiotem opracowania są warunki techniczne wykonania i odbioru posadzek betonowych utwardzonych powierzchniowo preparatami proszkowymi. Zakres opracowania obejmuje wymagania i sposoby przygotowania podłoży, podkładów oraz wykonywanie posadzek betonowych utwardzonych powierzchniowo preparatami proszkowymi, a także kontrolę ich wykonania i odbiory robót. Postanowienia niniejszych warunków technicznych nie obejmują maszyn i urządzeń stosowanych przy wykonywaniu omawianych posadzek.

Podstawy reologii konstrukcji z betonu

Lesław Brunarski

Monografia obejmuje dwa wątki: tworzenie i rozwój konstytutywnych związków reologii, a także kwantyfikację, czyli ilościowe ujmowanie zjawisk reologicznych (pełzania i relaksacji) w betonie oraz ich uwzględnianie w obliczeniach konstrukcji z betonu. W rozdziale 1 opisano skutki zjawisk reologicznych w naturze i w materiałach konstrukcyjnych. Podano sposoby modelowania związków konstytutywnych: przez aproksymację empirycznych krzywych pełzania, dobór odpowiedniego reologicznego mechanicznego modelu oraz na podstawie zasady superpozycji Boltzmanna – Volterry. W kolejnym rozdziale przedstawiono techniczne teorie pełzania, m.in. teorię opisaną prawem Bayley’a – Nortona. Są one odpowiednie do materiałów konstrukcyjnych (metale i kompozyty polimerowe), w których odkształcenie pełzania nieliniowo związane jest z naprężeniem. W rozdziale 3 pokazano tworzenie związków konstytutywnych na podstawie reologicznych modeli mechanicznych, reprezentujących liniowo lepkosprężysty materiał, a także ciał liniowo lepkosprężystych, opisywanie ich równaniami całkowymi lub operatorowo-różniczkowymi. W rozdziale 5 wykazano, jak definicje współczynnika pełzania (w tym przyjęte w EC2 i MC2010) pozwalają w związku konstytutywnym uwzględnić wiek betonu w chwili obciążenia (starzenie się) betonu i czas oddziaływania obciążenia oraz wpływ czynników innych poza naprężeniem. Rozdział 6 zawiera studium utworzenia uogólnionej teorii dziedziczenia. Uwzględnia ona nie tylko historię (pamięć) przebiegu zmian naprężenia lub odkształcenia w czasie (stąd nazwa dziedziczenia), lecz także wpływ starzenia się betonu oraz zmiany współczynnika sprężystości z wiekiem betonu. W rozdziale 7 opisano trzy związki konstytutywne klasycznych teorii pełzania betonu: dziedziczenia, sprężystego dziedziczenia oraz starzenia. W rozdziale ostatnim przedstawiono modyfikacje metod rozwiązywania równań całkowych pierwszej teorii dziedziczenia, przyjętych za podstawowe w EC2 i MC 2010. Zwrócono uwagę na ograniczone możliwości wykorzystywania proponowanej metody AAEM, a szczególnie zdefiniowanego w niej współczynnika starzenia o stałej wartości 0,8.

Aktualne problemy budownictwa na terenach górniczych i pogórniczych

Praca zbiorowa pod redakcją naukową Mariana Kawuloka

Prezentowana monografia wieloautorska stanowi zbiór 21 referatów przedstawionych na IV Konferencji Naukowo-Technicznej z cyklu Obiekty budowlane na terenach górniczych. Hasło przewodnie konferencji brzmiało: Aktualne problemy budownictwa na terenach górniczych i pogórniczych. Monografia zawiera zagadnienia związane z prawidłowym projektowaniem nowych i utrzymaniem istniejących obiektów budowlanych na terenach górniczych. Materiał podzielono na cztery części: Oddziaływania górnicze (dotyczy m.in. trafności i wiarygodności prognoz oraz opinii górniczo-geologicznych), Budownictwo kubaturowe – statyka (zawiera rozdziały omawiające m.in. oddziaływania górnicze i ich wpływ na obiekty budowlane, uwarunkowania dotyczące projektowania budynków, pomiarów i usuwania wychyleń budowli, działania a priori i a posteriori, wpływ pustek w podłożu na konstrukcje), Budownictwo kubaturowe – dynamika (omówiono tutaj m.in. metody oceny odporności dynamicznej obiektów, wpływ uwzględnienia interakcji konstrukcji z podłożem) oraz Inżynieria komunikacyjna i infrastruktura (ta część dotyczy m.in. oceny bezpieczeństwa i zabezpieczenia obiektów mostowych oraz sieci gazowej, wpływu deformacji górniczych na nawierzchnie drogowe i słupy linii energetycznej). Podejmowana tematyka jest jednym z ważniejszych zagadnień dotyczących bezpieczeństwa użytkowania obiektów budowlanych przez mieszkańców gmin górniczych w Polsce. Autorami referatów są uznani specjaliści w zakresie poruszanej tematyki.

Lekka obudowa z płyt warstwowych

Krzysztof Kuczyński, Ołeksij Kopyłow

Przedmiotem opracowania są warunki techniczne wykonania i odbioru lekkiej obudowy z płyt warstwowych z rdzeniem z pianki poliuretanowej, styropianu lub wełny mineralnej - w okładzinach z blach metalowych. Opracowanie zawiera: wymagania dotyczące obudowy wykonanej z płyt warstwowych, w tym obudowy chłodni, warunki montażu oraz kryteria odbioru obudowy. Opracowanie nie dotyczy prefabrykowanych elementów przeznaczonych do wykonywania chłodni. Wymagania i zalecenia podane w niniejszym zeszycie mają stanowić pomoc dla projektantów i wykonawców robót związanych z lekkimi obudowami z płyt warstwowych oraz dla inwestorów, nadzoru (osób odpowiedzialnych za jakość) przy ocenie poszczególnych robót pod kątem ich poprawności technicznej.

Fire properties of electric cables used in buildings

Katarzyna Kaczorek-Chrobak

Właściwości ogniowe kabli elektrycznych stosowanych w budynkach W obiektach budowlanych stosuje się kable wykonane z użyciem różnych materiałów konstrukcyjnych polimerowych, co zwiększa ich obciążenie ogniowe, a zatem znacząco wpływa na bezpieczeństwo pożarowe budynków. Kable elektryczne i wykonane z nich instalacje elektryczne, pomimo że są istotnymi elementami bezpieczeństwa pożarowego obiektów budowlanych, nie są brane pod uwagę w ogólnej analizie bezpieczeństwa pożarowego i zwykle nie podlegają ocenie pod kątem potencjalnego zagrożenia pożarem. Tymczasem jednym z zadań w zakresie przeciwdziałania zagrożeniom pożarowym w budynkach powinno być zmniejszenie ryzyka pożarów wywołanych zwarciami w instalacjach elektrycznych. Natomiast, w przypadku wystąpienia pożaru, należy mieć na uwadze proces rozprzestrzeniania się ognia z udziałem kabli elektrycznych, który - ze względu na sposób instalacji kabli w budynkach - może przenosić ogień na duże odległości od miejsca zainicjowania pożaru oraz pomiędzy kondygnacjami budynku (poprzez szyby instalacyjne). Problem naukowy niniejszej rozprawy stanowi określenie wpływu istotnych parametrów konstrukcyjno-materiałowych kabli na ich właściwości ogniowe poprzez ustalenie zależności jakościowych, a w miarę możliwości również ilościowych, między tymi wielkościami. Celem niniejszej monografii jest wyodrębnienie istotnych czynników związanych z konstrukcją kabli elektrycznych, wpływających na określone właściwości pożarowe, takie jak: wydzielanie ciepła, wytwarzanie dymu, długość zniszczenia i ilość toksycznych produktów spalania w różnych warunkach wentylacji pomieszczeń. Zgodnie z najlepszą wiedzą autorki takie systematyczne badania nie zostały dotychczas opublikowane. Przedstawione badania są oryginalne i wypełniają lukę badawczą w aspekcie rozwiązań konstrukcyjno-materiałowych kabli i przewodów elektrycznych, wpływających na ich właściwości ogniowe. W celu wyodrębnienia parametrów konstrukcyjnych kabli, które istotnie zmieniają ich właściwości ogniowe, poddano analizie osiemdziesiąt trzy kable elektryczne (osiemdziesiąt dziewięć próbek kabli) o różnej konstrukcji i zastosowanych materiałach. Zbadano je, stosując między innymi standardową metodę badawczą opisaną w normie EN 50399. Dobór próbek kabli uwzględniał obecność jednej determinującej cechy konstrukcyjno-materiałowej. Wnioski z wykonanych badań były następujące: (1) konstrukcja, liczba żył roboczych i obecność pancerza lub metalicznej żyły koncentrycznej poprawiają właściwości ogniowe przez wytworzenie bariery przed przenikaniem płomienia w głąb wewnętrznych warstw kabla; (2) zastosowanie żył roboczych miedzianych powoduje obniżenie parametrów ogniowych w porównaniu z kablami z żyłami aluminiowymi (uzyskano do czterech razy niższą wartość maksymalnej średniej szybkości wydzielania ciepła dla kabla z żyłami miedzianymi); (3) materiał konstrukcyjny na bazie plastyfikowanego poli(chlorku winylu) znacznie pogarsza właściwości ogniowe kabli w stosunku do materiałów bezhalogenowych (maksymalna średnia szybkość wydzielania ciepła była ponad siedemnaście razy wyższa dla kabla na bazie materiałów halogenowych), co wynika z procesu dekompozycji termicznej tworzywa; (4) nie stwierdzono wyraźnego związku między parametrami związanymi z właściwościami ogniowymi kabli elektrycznych a standardowym parametrem kablowym c, poprawiającym monotoniczność uzyskanych wyników badań ogniowych kabli i stosowanym dotychczas w doborze próbek do badań w obrębie tej samej rodziny kablowej. W związku z faktem, iż przeprowadzone badania wykazały znaczny wpływ liczby żył roboczych, jako barier metalicznych dla penetracji płomienia do warstw wewnętrznych kabli elektrycznych i objętości części niemetalicznych na właściwości ogniowe kabli, zaproponowano parametr Omega związany z efektywną objętością elementów niemetalicznych palnych. Parametr Omega zależy od stosunku objętości elementów niepalnych niemetalicznych do objętości elementów palnych niemetalicznych kabla oraz efektywnej powierzchni wymiany ciepła w obrębie budowy kabla. Znacznie wyższe bezwzględne współczynniki korelacji Pearsona (bliskie -1) uzyskano dla całkowitego wydzielonego ciepła i całkowitego wytworzonego dymu w funkcji parametru Omega niż parametru X. W celu ilościowego oznaczenia ilości gazów uzyskanych w warunkach kontrolowanych wentylacją, badaniom poddano prosty przewód elektryczny z izolacją na bazie poli(chlorku winylu) stosowany powszechnie w budownictwie oraz - jako próbkę referencyjną - czysty nieplastyfikowany poli(chlorek winylu) oraz polietylen o niskiej gęstości (najprostszy z polimerów) zgodnie z metodą badawczą o nazwie Steady State Tube Furnace. Trzykrotnie niższe wydajności dwutlenku węgla w różnych warunkach wentylacji uzyskano dla badanego kabla w porównaniu z referencyjnym czystym nieplastyfikowanym poli(chlorkiem winylu) oraz dwukrotnie niższe w zestawieniu z czystym polietylenem, co potwierdza nieznaczny wpływ efektu hiperwentylacji na człowieka podczas palenia się kabli. Natomiast w przypadku wydzielania tlenku węgla, uzyskano czterokrotnie wyższe wartości wydajności dla badanego kabla w porównaniu z czystymi polimerami. Maksymalną wartość wydajności powstawania tlenku węgla (0,57 g/g) uzyskano w przypadku przepływu powietrza wynoszącego 5 l/min i wartość ta zmniejszała się wraz ze wzrostem stopnia wentylacji. Zmierzone wydajności węglowodorów były podobne do wartości referencyjnych, z wyjątkiem współczynnika równoważności f = 0,27. Wydzielanie żrącego i toksycznego chlorowodoru podczas spalania kabla elektrycznego jest niezależne od warunków wentylacyjnych. Reakcja korozji między miedzią i chlorowodorem oraz między wypełniaczami nieorganicznymi i chlorowodorem zmniejszyła zawartość tego gazu w wydzielanym dymie. Analiza z wykorzystaniem teorii Quintiere'a wykazała, iż metoda kalorymetru stożkowego może być użyta w modelowaniu numerycznym procesu spalania kabli, a jej zastosowanie może znacznie ułatwić i zmniejszyć liczbę badań ogniowych kabli, bez negatywnego wpływu na wyniki końcowe. Jednakże kable w tym przypadku należy traktować jako materiały stałe kompozytowe. Reasumując, analiza wpływu budowy kabli jest istotnym elementem z punktu widzenia bezpieczeństwa pożarowego obiektów budowlanych. W toku pracy nad monografią stwierdzono, iż: czynniki, takie jak ilość, kształt i materiał, z którego wykonane są żyły robocze oraz rodzaje materiałów, z których wykonane są elementy niemetaliczne kabli, a także obecność pancerza lub żyły koncentrycznej w kablach, istotnie wpływają na właściwości ogniowe, na przykład wydzielanie ciepła, wytwarzanie dymu, długość zniszczenia oraz wydzielanie toksycznych produktów spalania. Przeprowadzone eksperymenty umożliwiły opracowanie nowego parametru Omega, który okazał się być lepszym wskaźnikiem predykcyjnym palności kabli niż znormalizowany i szeroko stosowany obecnie parametr X. Ponadto ustalono, iż możliwe jest zastąpienie metod badawczych prowadzonych w dużej skali geometrycznej prostszą metodą kalorymetru stożkowego poprzez zastosowanie teorii Quintiere'a dla kabli elektrycznych.

Zabezpieczanie przed korozją stalowych konstrukcji budowlanych za pomocą powłok malarskich

Michał Wójtowicz

Przedmiotem instrukcji są wymagania dotyczące prawidłowego projektowania, wykonania i kontroli wykonania lakierowych systemów ochronnych na stalowych konstrukcjach budowlanych. Instrukcja dotyczy wyłącznie antykorozyjnej funkcji systemów malarskich. Nie dotyczy zaś innych funkcji, takich jak: zabezpieczenia przed mikroorganizmami, chemikaliami, narażeniami mechanicznymi, ogniem. Instrukcja obejmuje następujące rodzaje powierzchni: elementów ze stali węglowej lub niskostopowej, powierzchni elementów ze stali jw., natryskiwanych cieplnie cynkiem, aluminium lub ich stopami, ocynkowanych zanurzeniowo i elektrolitycznie, szerardyzowanych, zabezpieczonych farbą do gruntowania do czasowej ochrony oraz innych wymalowanych powierzchni. W instrukcji przedstawiono zabezpieczenia wyrobami lakierowymi schnącymi lub utwardzającymi się w warunkach otoczenia. Nie dotyczy ona materiałów powłokowych proszkowych, emalii piecowych, farb termoutwardzalnych, powłok lakierowych o grubości powyżej 2 mm, wykładzin zbiorników oraz wyrobów do chemicznego przygotowania powierzchni. Opracowanie jest przeznaczona dla projektantów, wykonawców i służb nadzoru budowlanego. Nie dotyczy technologii metalizacji. Opracowano ją na podstawie normy PN-EN ISO 12944-1 do 8.

Projektowanie konstrukcji stalowych z uwagi na warunki pożarowe według Eurokodu 3

Piotr Turkowski, Paweł Sulik

W pracy omówiono problematykę bezpieczeństwa pożarowego konstrukcji stalowych. Scharakteryzowano termiczne i mechaniczne oddziaływania na konstrukcję, właściwości stali węglowych i nierdzewnych oraz elementów stalowych w warunkach pożarowych. Przedstawiono zasady i metody ustalania odporności ogniowej zabezpieczonych i nieosłoniętych elementów konstrukcyjnych (belek, słupów, elementów rozciąganych i innych), podane w Eurokodzie PN-EN 1993-1-2. Informacje zilustrowano licznymi przykładami obliczeniowymi. Opracowanie jest adresowane przede wszystkim do projektantów i wykonawców konstrukcji stalowych oraz rzeczoznawców ds. zabezpieczeń przeciwpożarowych.