-

8bliczanie nośności śrub wedlug PI'|.EJ'| 1993.1.8

CzęsĆ 1-8 Eurokodu 3: Projektowanie konstrukcji sta|owych

- Projekiowanie węzłow [8] ma od 14 |istopada 2006 roku sta-

tus Po|skiej Normy. Podano w niej informacje dotyczące: ob|i-

czania nośności śrub i sworzni (rozdzial 3), spoin (rozdzia| 4),

mocje|owania w ana|izie statycznej szVwności i nośności wę-

z|ów (rozdział 5), oceny noŚności i sfywności węzlow z ele-

mentcw dwuteowych (rozdzia| 6) oraz węzlow kształtownikÓwrurowych (rozdzial 7). W rozdziale'1. podano powolania nor-

matywne i oznaczenia przyjętych symboli, w rozdzia|e 2. zaśomówiono podstawy projektowania. Norma ta dotyczy projek-

towania węzlÓw konstrukcji ze sta|i 5235' s275' S355 i 5460(z wy|ączeniem konstrukcji z kształtownikow i b|ach profi|owa-

nych na zimno) oraz sprawdzania ich nośności w warunkachprzew aŻnie statycznych'

Zasady oceny noŚności śrub podane w normie europej-skiej PN-EN 1993-1-8 [8] oraz w normie polskiej PN-90/B-03200 [4] róznią się często w przyjętych mode|ach ob|iczenio-wych i szczególowych pro pozycjach dotyczqcych p roj ektowa-nia węztow. Celem artyku|u jest wykazanie tych roznic, a tak-że omowienie merytorycznych podstaw przyjętych mode|i ob-liczeniowych oceny nośności śrub' Podano tez wnioski ogÓ|-ne oraz tab|ice nośności śrub ob|iczone wedtug [8], które mo-gą byĆ przydatne w projektowaniu po|ączeń konstrukcji stalo-wycn.

Oznaczenia:A _ po|e przekroju trzpienia Śruby przy rozciąganiu (por. tab|.

A" - pole przekroju czynnego rdzenia śruby przy rozciąganiu(por. tabl. 2),d - średnica trzpienia śruby,do _ średnica otworu przejściowego na śrubę,f, - wytrzyma|ośĆ na rozciąganie sta|i łączonego e|ementu,f,o - wytrzyma|ość na rozciąganie sta|i śruby,fn - granica plastyczności sta|i |ączonego e|ementu,fyo - 9ranica p|astyczności sta|i śruby,f _ grubość ścianki lqczonego e|ementu,t' - sumaryczna gruboŚÓ ścianki podIegającej dociskowiw zlączu o tym samym kierunku przekazywania obciązenia,7", - częściowy wspólczynnik nośności (por. tab|. 1).

Wspó|czynniki częściowe dotyczqce węz|ów

W metodzie stanów granicznych warunek bezpieczeństwanoŚności (łącznika, polączenia, przekroju, e|ementu konstruk.cji) [6] sprawdza się Ze Wzoru

prot' dr .1aŁ' inz. ANToNI B|EGUS

politech l-,i !ra Wroctawst(a

w którym:F,.o _ ob|iczeniowy efekt dzia|ania obciążeń obliczeniowych(np. si|a poprzeczna Faea, Sila rozciągająca F,,,o-wyznaczonez uwzg|ędnieniem wspołczynnikow obciązeń yr [6D,Ę,no, _ nośność ob|iczeniowa e|ementu, ktorą wyznacza się zewzofu

kroju trzpienia śruby A, po|e przekroju rdzenia śruby A", po-wierzchnia docisku śruby do ścianki e|ementu df itp.)'a' - wspÓlczynnik korygujący (uwzg|ędniający mode| wytęze-nia),f, _ parametr wytrzymałościowy (np. granica p|astyczności sta-|i łączonego e|ementu fn |ub śruby f,6, wytrzymaioŚć sta|i narozciąganie łączonego e|ementu fu Iub śruby f,o),

7M' - częściowy wspó|czynnik nośności'Zgodnie z przyjętą w Eurokodach [6' 7' 8] konwencją, we

wzorach doĘczących oceny Wytrzymalości konstrukcji czę.ściowe wspÓ|czynniki nośności 7", występują w sposób ,,jaw.ny''' W normie polskiej [4] częściowe wspołczynniki nośnościnie występujq w sposób ,,jawny'' i są uwzg|ędnione w ob|icze-niowych parametrach wytrzyma|ościowych stali (np. wytrzyma-|ości ob|iczeniowej stali fo) |ub we współczynnikach korygują-cych a,.

Przyjęte w zalączniku krajowym normy europejskiej [8] czę-Ściowe wspÓlczynniki doĘczące obliczania węzlów podanow tabl. 1. W przypadku węzlow narazonych na zmęczeniepowinny byc spe|nione wymagania okreś|one w PN-EN .|993-

1-e [e].Bezpośrednie porównywanie nośności Śrub ob|iczonych

wedlug normy europejskiej [8] i normy polskiej [4] nie jestmozliwe, gdyz w ana|izie bezpieczeństwa po|ączeń konstrukcjina|ezy uwzg|ędniÓ róznice między wspolczynnikami obciąze-nia y, przyjętymi w obu normach.

Tablica 1

Współczynniki częściowe dotycz4ce węzlów wed|ug [8]

Nośnośó e|ementów i pzekrojów fffi, fffi, fw- wo PN-EN 1 993-1 -1

NoŚnośÓ śrub' nitów, sworzni, spoin, b|ach na docisk fn= 1,25

Nośnośó Śrub na poś|izg

- W stanie granicznym nośności (kategoria c)_ W stanie qranicznvm użytkowalności (kateqoria B)

/m= 1,25

NośnośÓ na docisk śrub z iniekcia lw= 1,0

Nośność węzłów kratownic z kształtowników rurowych fffi= 1,0

NośnośÓ swozni W stanie oranicznvm użvtkowaIności

Siła sprężania w śrubach o wysokiej wytzymałości

Nośność betonu 1"-wg PN-EN 1992

Nośność ob|iczeniowa śrub

Wedlug normy po|skiej [4] nośność śrub na rozciąganie1gdy f,olf ,o < 0,765) oraz nośność śrub na docisk do ściankiotworu, atakze nośnośc przekroju netto są obliczane na pod-stawie granicy p|astyczności stali (odpowiednio śruby fno lublączonego e|ementu f,). W ocenie nośności Śrub na rozciąga-nie oraz nośności śrub na docisk wed|ug postanowień normyeuropejskiej [8] przyjmie się wytrzymaloŚÓ stali na rozciąganie(odpowiednio śruby f,o oraz |ączonego e|ementu fu). W przy-padku nośności śrub na ścinanie podstawą jej okreś|ania, za-równo wedlug [a]' jak i [8], jest wytrzymalość sta|i na rozciqga-nie fuo.

Zgodnie Z normą europejskq [8] w po|ączeniach na|eży sto-sować śruby k|as 4'6,4.8' 5.6' 5.B' 6.8' 8.8 i 10.9. Norma pol-ska [4] umoż|iwia stosowanie dodatkowo śrub klasy 3.6' 6.6i 12.9. Granicę p|astyczności stali fuo iwytrzyma|ość na rozcią-

tr. -..l,Eo ż4

->

l., i.Rd

_ aiviti' t,Ko

tMi

(1)

(2)

w ktorvm:C, .- cńarakterystyka geometryczna elementu (np. po|e prze-

INZYNtERTA I BUDowNlcrwo NH 3/2oog 113

Tablica 2Wańości granicy plastyczności f,6iwytrzyma|ości na rozciqganie fuo stali śrub oraz nośności

ob|iczeniowe śrub (kN) z warunku ścięcia trzpienia FvFd, ścięcia rdzenia Fu",Fd i rozciqgania FLRdwyznaczone według [8]

ganie sta|i f,o Śrub roznych k|as wedlug [8] podano W gornych gdy piaszczyzna ścinania nie przechodzi przez gwintov|.rnąWierszach tabl. 2. W przypadku śrub k|as 4.8, 5'8 i 10.9 są one częśc śruby Ai= A oraz a; = Q,$'okolo 4*6% mniejsze od przyjętych w normie [4]. Parametry ob|iczone Wed|ug [8] noŚności śrub M12*M36 (rÓz::ychWytrzymalościowe Sta|i śrub klas 4.6, 5'6, 6.8 i 8.8 przy1ęto ta- k|as) na ścinanie, gdy p|aszczyzna ścinania nie przech,łdzikiesameWnormach t4] it8] . przezczęśc gwintowaną F,,,ooraz gdy plaszczyzna Ścinanią

przechodzi p(zez Część gwintowanąFu.''o, podano w tab|. 2. Równiez w iyrnprzypadku nośności śrub na ścinanieob|iczone według normy polskiej [zi; .uo okolo 6% mniejsze od noŚności w1'2ną.czanych według normy europejskiej [8.l(zgodnie z [4] w (4) parametr rĄ,lTlt,lz

=0,45, wed|ug [8] zaś o,lyy2 = 0,48),

W umownie nazwanej noŚności Śrubyna docisk ana|izuje się nie ty|ko wyczei-panie wytrzymałości z warunku dociskutrzpienia Śruby do otworu (up|astycznie-nia blachy _ rys' 1a), a|e rÓwniez ścięcieb|achy między otworami na kierunku ob.ciązenia (rys. 1b)' ścięcie b|achy międzyotworem i brzegiem blachy na kierunkuobciążenia (rys. 1c)' rozenruanie b|achyw kierunku prostopad|ym do osiwyięże-nia (rys. 1d) I1]. Bezpośredni wp|yw napostac wyczerpania noŚności w wynikuścięcia Iub rozerwania b|achy ma rozmie.szczenie Śrub w połączeniu (rys. 2).

Zgodnie z [8] najmniejsze i największerozstawy oraz od|egtości czotowe i bocz-ne śrub (rys. 2), w po|ączeniu wykona.nym Ze sta|i wed|ug EN 10025 (z wyją|kiem staliwediug EN 10025.5), Wynoszą:

1,2dgśe1<4f +40 mm, (5)

1,2dgŚe,<4t+40 mm, (6)

2,2dr<p,<min(14t, 200 mm), (7)

2,4do<p,<min(14ć, 200 mm). (8)

W normie europejskiej [8] najmniejszerozstawy i od|egłości śrub uzalezniono od

ob|iczeniową nośnośc śruby na rozciąganie wedtug [8] a)

okreś|a sie ze Wzoru

tr _ klfrbA"I tRd--,

TM2

srvŻ

roio,Jv.

nir

stiiltr

uĄ

by

(1'Pc

rur

a|€

sicŚnr

UW

prc

Zalicz

nolŚre

zgido(SKfi

nio'

o"l

1a\

w którym:kz : 0,9 _ śruby z łbem sześciokątnym,kz = 0,63 - Śruby z |bem Wpuszczanym.

Nośności na rozciąganie śrub z tbem sześciokątnymM'|2*M36 (rÓżnych k|as), ob|iczone zgodnie z [8], podanow tab|. 2. Są one większe o 29,1% w przypadku śrub k|asy 4,6i 5.6; 9'6% - śrub k|asy 6.8 oraz okolo 5+67" _ śrub k|asy 4.8,5.8, 8.8 i 10.9 od wyznaczonych wedlug [a] (gdyz zgodnie z [4]F.^.,, = min(0,65f"o, 0,85fya) A", według [8] zaś Ft,na,ec == O,72frrA").

ob|iczeniowq nośność śruby na ścinanie wedlug [8] wyzna-cza się ze wzoru

ą,*o=W (4)

We wzorze (4), gdy ścinana ]li, n*'n.o*ana częŚc ŚrubyAł : A" oraz.,

a": 0,6 - w przypadku klas 4.6, 5.6 i 8.8,oł = 0,5 - w przypadku k|as 4.8, 5.8, 6.8 i 10.9,

L uplastycznrenieblachy

Ścięcie b|achy .

Rys. 1' Mechanizmy zniszczenia połqczenia zakladkowego: a) up|astycznie-nie b|achy w wyniku docisku tzpienia śruby do ścianki, b) ścięcie b|achy mlę.

dzy otworami na śruby na kierunku zgodnym z kierunkiem obc'ążenla'c) ścięcie blachy między otvvorem i baegiem b|achy, d) rozerwanie blacnY

w kierunku prostopad|ym do osi Wytężenia

SrubaPowiezchnia

pŻekrojumm'

Klasaśll Ih\/

4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 10.9

fyt, MPa 240 320 300 400 480 640 900

f,t, MPa 400 400 500 500 600 800 1 000

M12

A= 113 F,.na 21.70 21,70 32,54 43,39 54,24

A" = 84,3F^.na 16.1 I 13,45 20,23 16,86 20,23 32,37 aa 7)

24,28 )4 ?A 30,35 30,35 36,42 48,56 60,70

M16

A=201 Fv,Rt 38,60 38,60 48,24 48.24 77.18 96,48E 30,1 4 25,12 J/ 'oó 31,40 31,68 60,29 62,80

F,,ąd 45.21 45,21 56,52 56,52 67,82 90,43 113,04

M20

A=314 Fv,aa 60,29 60,29 90.43 120,57 150,72

A"= 245Fre.Pa 47,04 39,20 58,80 49,00 58,80 94,08 98,00

Ftna 70,56 70,56 88,20 88,20 105,84 141,12 176,40

M22

A=380 Fv.pd 72.96 72.96 91,20 91,20 109.44 145,92 182,40

A.= 303tr 58,1 7 48,48 72,72 60,60 72,72 116,35 121.20

F,.na 87,26 87,26 109,08 109,08 130,90 174,53 218,16

M24

A=452 Fv.na 86,78 86,72 108,48 108,48 130.17 173,57 216,96

A" = 353Fvs,Pd 67,78 56,48 84.72 70,60 84.72 141,20

Ft.ru 101 ,66 101 ,66 127,08 127,08 152,50 203,33 254,16

M27

A=573 E 110,02 110,02 137,52 137,52 165,02 220,03 275,04

A" = 459E 88,1 3 73,4Ą 1 10,16 91,80 1 10,16 176,25 183,60

FBa 32,19 132,19 165.24 165.24 198.27 264,38 330,48

M30

A -- 707 E 35,74 135,74 169,69 169,69 203,62 271,49 339,36

A"= 561F,s.Rd 07.72 89,76 134,64 1't) ) 134,64 215,42 224,40

Ft,na 61.57 161,57 201,96 201,96 242,35 323.14 403,92

M36

A = '1018 Fv,na 95,46 195,46 244,32 244,32 293.1 I 'łon ol 488,64

As-- 817Fre.na 56,86 130,72 196,08 163,40 196,08 313,73 326,80

Ęna 235,1 I 235,30 294,12 294,12 352,94 470,59 588,24

. ścięcie b|achy

Ii:

9

114 INZYNIERIA I BUDOWNICTWO NB S/ZOOt

7

Ż'++e. e.

-+

- o, P2'

,e: "-i

I-o., 1

,'( ",.. e

lQ.. e ee e

lo f . ]a6,,=minlf; f; t,o

1,

\""0 'u J

k,,=.i.[[i4ff-,,'J' "1

b) -L>2.4dn ?2>1.2d"

€

docisk Fo,"o'. do ściankj grubości .10 mm, ze sta|i 5235' 5275i S355, wyznaczone wedfug [8]. Obliczono ie przy zalozeniuusytuowania śrub w minima|nych rozstawach i od|eglościache l : az= 1,2do, p, = 2,2d6i p,: 2,4do (w otworach okrąglychnorma|nych)' Takie rozmieszczenie śrub może nie byc ekono.miczne, gdyż wowczas nośnoŚc ob|iczeniowa Śrub na dociskjest najmniejsza i wynosi 26,55y. - w przypadku skrajnychi 3.1,85% - w przypadku śrub pośrednich ich nośności maksy.ma|nej. Maksyma|ną nośnośc śrub na docisk, ktorą rowniezpodano w tab|. 3' uzyskuje się' gdy ich rozstawy Wynoszą e1 >

3,0d0, e, > 1,5d0, p, > 3,75d0 oraz pz > 3.0d0Nośność śrub na docisk Fo'aa W otworach powiększonych

wynosi 0,8 noŚności Śrub zwyklych' NoŚnośc śrub na dociskFo,aaw otworach owalnych, wydfuzonych prostopadle do kie-runku obciążenia, wynosi 0,6 nośności na docisk śrub w otwo.rach okrąg|ych normalnych.

oprócz oceny nośności śruby na rozciąganie na|ezy we-d|ug [8] usta|ic nośność układu z|ozonego z śruby i b|achy'w ktorej moze wystąpić przeciąganie śruby przez otwor w b|a-

sze (przebicie ze ścięciem). Ten warunek wytęzenia połączeńśrubowych nie jest ujęiy w normie po|skiej [4]' ob|iczeniowąnośnośc śrub na przeciąganie wedlug [8] ob|icza się ze wzoru

lo oe',, lt,

Hvs. 2, 3ozstaw śrub w poiączeniu zakladkowym wedlug [8] W ukladzie:a) prostokątnym, b) przestawionym

średnicy otworow przejściowych na śruby do, w normie polskiej

A1zaś za|eiąone od średnicy trzpienia śruby d. Wed|ug [4j mi-

nima|ne cd|egłości od czo|a blachy w kierunku obciążenia e. := 1,5d oraz od|eg|ości od krawędzi bocznej e2 = 1 ,5d są więk-

sze ad minima|nych wartości tychże (5) i (6) wedlug [8] (e. =

= 1,2d6, ez= 1,Zdo)' Wedlug [4] minima|ne rozstawy Śrub w sze-

regu (w kierunku obciązenia) p, = 2,5d i są większe od za|eca-

nvćir 1z1 według [8] (P' : 2,2do), Minimalny rozstaw szeregow

wynosi: pz = 2,5d - wedf ug 14) oraz p, = 2,4d0 - zgodnie z [8] .

obiiczeniową nośnośĆ śruby na docisk wediug [8] okreś|a

się ze wzoru

- kua6.,fdt,rb.Rd.i =-,

Tuz

w kicrym przyjmuje się:

nAń] t fń^'=-- p,Ra

IM2

(14)(e)

(10)

(11)

(12)

(13)

w którym:to - 9rubość b|achy czo|owej pod |bem |ub pod nakrętką śruby,d- - wartośc średnia ze Średnic ko|a wpisanego oraz opisane-go na obrysie |ba |ub nakrętki (przyjmuje się wartośÓ mniejszq).

lnterakcyjne wytęzenie śrub jednocześnie ścinanych i roz.ciąganych sprawdza się wedlug [8] ze wzoru

Ftrv,Ed + 't,Ed <1,0. (15)Fv,na 1,4Ę'Rd

Za|eznośc interakcyjna śrub rozciąganych i ścinanych we.dlug normy europejskiej [8] jest odcinkowo Iiniowa' Według

Tablica 3

Nośności ob|iczeniowe śrub na docisk Fb. Rd. 1 do ścianki o grubości .|0 mm, ze sta|i s235' s275i 5355, wyznaczone wedfug [8]

_ Śruby skrajne, ł." =..i.[[zaff_r,zJ; z,s],

_ śruby pośrednie,

""='"'.[[#-+) T "]W normie europejskiej [8] nośność

Śruby z warunku docisku za|eży od wy.trzymalości stali |ączonego e|ementu narozciągnie f,, a wedlug normy po|skiej [4]jest ona funkcją wytrzyma|ości ob|icze-niowej sta|i fo, ktorą Wyznaczono na pod-stawie granicy p|astyczności stali łączo-nego elementu fn. W [4] wymaga się, abywytrzyma|ośc na rozciąganie śrub f,o niebyła mniejsza od granicy plasĘczności fnczęści |ączonych. Tego warunku nie maw postanowieniach [8], gdyz we wzorach(11) i (13) uwzg|ędnia się parametr f,o/,.Ponadto w [8] nośnośc śruby na dociskzalezy od rozstawu śrub nie tylko w kie-runku obciązenia po|ączenia e', oraz p.,ale równiez od od|eg|ości w kierunku pro-stopadlym ez i pz. We wzorach na no-śnośÓ śruby na docisk według [4] nieuwzg|ędnia się rozstawu śrub w kierunkuprostopadtym do kierunku obciązenia.Z ana|izy wzorow (9) + (13) wynika, że ob-|iczone według normy europejskiej [4]nośności na docisk śrub skrajnych i po-Średnich mogą byc rozne, a Wyznaczonezgodnie Z normą polską [4] nośności nadocisk są takie same W przypadku śrubskrajnych i pośrednich.

W tablicy 3 podano nośności ob|icze-niowe śrub M12+M36 (roznych k|as) na

Sruba M12 Ml6 M20 M22 M24 M27 M30 M36

Średnica tzpienia śruby d 12 lo 20 22 27 30 36

Srednica otworu d" 13 18 zt 24 lo 30 33 39

MinimaIne odIegłościi rozstawy śrub

et - 1,2 d. 16 22 27 29 JZ JO 40 47

e2* 1,2 do 16 22 27 29 32 JO 40 47

tu =2,2 do 29 40 49 58 oo 73 86

Pz-2,4 d" Óz 44 53 58 OJ 72 80 94

NośnośÓ na dociskFo,pa,r skrajnych śrubo minimalnych roz-stawach

s 235 22.95 30,58 38,25 42,05 45,88 51,61 68,82

27,40 36,52 45,66 50.23 54,80 6't,64 68,50 82.20

s 355 32,50 43,32 54,1 6 65,00 73,11 81,24 97,50

Nośnośó na dociskFo'nąr pośrednichśrub o minimalnychrozstawach

s 235 27.52 36,69 45,86 50,44 55,04 61,91 68,80 82,55

s 275 32,87 43,82 54.78 60,25 65,74 7ą oĄ 82,18 98,60

s 355 38,98 51,98 64,97 71,45 77,97 87,70 97,46 116,9

od|egłości i rozsiawyśrub, przy ktÓrychwystępu'je maksyma|-na nośność na docisk

e1 = 3,0d6 39 ąA oo 72 78 90 100 117

e2=1,sdo 20 27 JJ JO 45 50 cv

h*3,75do 49 68 83 90 98 113 124 147

p2= 3,ldo 54 66 78 90 100 117

MaksymaIna nośnośóna docisk F6,p6'1 śrubskrajnych i pośred-nich

s 235 86,4 1 15,0 144,0 158,4 172,8 194,4 216,0 259.2

s 275 103,2 137,6 172,0 189,2 206,4 zJz,z 258,0 309,6

122,4 163,2 204,0 224,4 244.8 275'Ą 306,0 367,2

1 . Nośnośc ob|iczeniowa śrub na docisk do ścianki o grubości f [mm] Wynosi F66 =F5go',]6

2. Nośności Fąna ob|iczono d|a grubości b|ach t < 40 mm.

3. " - d|a śrub klasy 5.6, 5.8' 6.8' 8'8 i 10'9.

4. .'

_ d|a śrub k|asv 6.8, 8.8 i 10.9'

INZ./NIEBIA I BUDOWNICTWO NR 3/2OOBl1Ę

Wedlug PN-EN 1993-1-8EE'v,Ed , t,Ed _, n

Ą'oa 1,4F!.Fd

normy po|skiej [4] ten stan Wytęzenia śrub opisuje krzywo|inio.wa za|eŻnośC interakcyjna. Porownanie tych funkcji pokazanona rvs. 3.

Rys' 3. |nterakcyjne nośności śrub ścinanych i rozciąganych wedlug [a] i [8]

od 2005 r. Są W Po|sce ustanowione europejskie normy[10]+[15] doĘczące zestawóW Śrubowych przeznaczonych dostosowania w budow|anych konstrukcjach stalowych W po|ą-czeniach spręzonych. Do tych polączeń na|eży stosować ze-stawy śruby i nakrętki systemu HR, k|asy 8'8 i 10.9 wedlug PN-EN 14399-3 |12] oraz śruby i nakrętki systemu HV, k|asy 10.9Według PN-EN 14399-4 [13]' a takze podktadki według PN-EN14399-5 [14] i PN-EN 14399-6 [15]. Wymagania dotyczące za-pewnienia jakości, znakowania, identyfikacji i badań przydat-ności wyrobów śrubowych okreś|ają normy PN-EN 14399-1[10] i PN-EN 14399-2 [1 1]' Na producentÓw zostało nałożonewymaganie badań nie Ę|ko zestawÓw śrubowych w ce|u po-twierdzenia cech wytrzymalościowych, a|e również wymaganieokreś|enia parametrów dokręcenia śrub w po|ączeniach sprę-zanych. Norma PN-EN 14399-1 [10] przewiduje trzy klasy ze-stawow Śrubowych (K0' K1 , i rc) do polączeń spręzanych(z gwintem smarowanym przez producenta), zaleznie od spo-sobu okreŚ|enia współczynnika dokręcenia. W przypadku in-dywidua|nego smarowania gwintu śrub klasy powyzej K0 jestkonieczne okreś|enie wspó|czynnika dokręcenia na podstawiebadań wed|ug PN-EN 14399-2 [11].

W po|ączeniach, w ktorych stan graniczny nośności czyuzytkowa|ności zalezy od siły spręzenia (w zakiadkowych cier-nych |ub w doczołowych obciązonych dynamicznie), za|ecasię stosowanie zestawów śrub k|asy K2 wedlug [10] oraz od-powrednich procedur kontroli wedlug normy europejskiej EN1090-2 [3] (dotyczącejwykonawstwa i odbioru konstrukcji sta-|owych). Do czasu uznania [3] przez PKN nie będzie dokumen.tu normatywnego, dotyczącego wykonania połączeń spręza-nych z zastosowaniem Śrub wedlug norm europejskich' W tymokresie mozna pos|ugiwać się normą PN-B-06200:2002 [5]orazzaleceniamiw [2].

obliczeniowq silę spręzania śruby według [8] ob|icza się zewzoru

F,,co=o,7łL (16)IM7

Stan graniczny po|ączenia ciernego objawia się poś|izgiemz|ącza. ob|iczeniową nośność graniczną śruby ze wzg|ędu napoślizg wed|ug [8] ob|icza się ze wzorów:

- w stanie granicznym nośności (połączenie kategorii C)

F"oo=|ŁF,6, W)IM3

_ w stanie granicznym użytkowa|ności (po|ączenie katego-rii B)

gozre:Frp =0,7f utAs, '

: 9)

n - liczba stykow ciernych,Ę _ wspolczynnik kszta|tu otworow na śruby wedtug tab|. ł,p - wspolczynnik tarcia wedfug tabl. 5.

Tablica 4Wspó|czynniki ksztaltu otworów na śruby k" wed|ug [8]

Opis k

Sruby w otworach normalnych 1,00

Sruby W otworach powiększonych lub owaInych krótkich wydłużonychDrostoDadle do kierunku obciazenia 0.85

Sruby w otworach owa|nych długich wydłużonych prostopad|e dokierunku obciazenia 0,70

Sruby w otworach owaInych krótkich wydłużonych rÓwno|eg|e dokierunku obciażenia 0,76

sruby W otworach owalnych długich Wydłużonych równolegle dokierunku obciażenia 0,53

1,0

nt t.Ed

Tablica 5K|asy|ikacia powierzchni ciernych za|eżnie od wspólczynnika tarcia p

i przygotowania powierzchni wedfug PN-B-06200:2002 [5]

Na|ezy zwrocić uwagę, że w normie polskiej [4] we wzorzena nośność śruby z WarUnkU poś|izgu połączenia przyjmuje sięsi|ę sprężania równą nośności śruby na rozciąganie. Wedlugnormy europejskiej [8] we wzorze (18) przyjęto si|ę spręzania0,7f,6A,lypg|ub 0,7f,gA"ly^rg,"u., która jest mniejsza od nośnościŚruby na rozciąganie Ft,na : 0,9f,yĄ"lyy2. Stosunek nośnościśruby na rozciąganie do si|y spręzenia vrrynosi 0193 wed|ug [4loraz 1,13 wedlug [8].

W polączeniach ciernych, w ktÓrych oprócz siły ŚcinającejFn.o |ub Fv,Ed,sep działa rÓwnocześnie si|a rozciągająca F,,uo|ubF,.Ed.""n obliczeniową nośność śruby na poś|izg okreś|a się zewzorów:

* W stanie granicznym użytkowa|ności (po|ączenie katego-rii B)

E - k"np(Fp,c -0,8Ę,eo'"u, ) (9n|

'sRdser- Tra,* ' \E-l

_ w stanie granicznym nośności (polączenie kategorii C)

' s,Rd *k"n1t(F,,ę _0,&Ft5a)

W polączeniach doczotowych, w ktÓrych si|a dociskuw strefie ściskanej rÓwnowazy silę rozciągającą, redukcja no.Śności nie jest Wymagana.

Zana|izy wzorÓw (20) i (21)wynika, ze w przypadku Ścina-nia i rozciągania po|ączenia ciernego siłę rozciągaj4c4 Ft,aprzyjmuje się ze wspÓ|czynnikiem zmniejszającym 0,8. W nor-

mie polskiej [4] w rozpatrywanym przypadku WytęZenia ewen.tua|ną silę rozciągającą F,,,o na|ezy przyjąć bez 20-procentoWelredukcji.

(21)

Tus

Klasapowiezchni

ciemei

NajmniejszywspÓłczynnik

tarcia usposób obróbki powierzchni

A

- śrutowanie lub piaskowanie bez Śladóralrdzy iwŻerów

- śrutowanie |ub piaskowanie i metalizowa.nie natryskowe aluminium

- śrutowanie |ub piaskowanie i meta|izowa.nie natryskowe produktem cynkowym (pobadaniach l> 0.5)

B a4- śrutowanie lub piaskowanie i meta|izowa-

nie farbą krzemianową aIkaIiczno.cynko-Wa o orubości 0.5+0.8 um

c 0,3_ czyszczenie szczotką drucianą |ub opala.

nie bez ś|adów rdzvD 0.2 - bez obrÓbki

116

- k.nu -r".p4 =-l-^4,T M3'", ''-

(18)

|NłN|ERIA l BUDoWN|CTWo NR s/zoog

;: poiączeniach zakladkowych e|ementow rozciąganych,

zglnał,|ch i ścinanych na|ezy sprawdzic rozerwanie blokowe

Iii' Ta forma wyczerpania noŚnoŚci przekroju oslabionegoófuoiami następuje w wyniku jednoczesnego ścięcia przekro-

iu neiio A,, wzd|uz kierunku obciązenia oraz rozerwania prze-,kro!L:

netio A,,w poprzek kierunku obciążenia (rys. 4).

F", lJr- wspolczynniki redukcyjne zalezne od rozstawu srub p,według tab|' 6; w przypadku pośrednich wańości odIeglościp., wartości B"oraz B,moŻna interpolowac.

Tablica 6

Wspó|czynniki redukcyine Ą i Ą

Rozstaw pt <2,5da pr > 5,0d0

2 śruby Bz = 0,4 Fz= 0'7

3 śruby i Więcej Ba = 0'7

Kątowniki węzłowe (rys. 6)' Iączące element z kątownikaz b|achą węzlową |ub inną częścią konstrukcji, wymiaruje sięna obciązenie 1 ,2 razy większe od si|y W odstającym ramieniu|ączonego elem entu. Łączniki m iędzy kątown i kiem węzlowyma odstającyrh ramieniem elementu z kątownika wymiaruje sięna obciązenie 1,4 razy większe od si|y W odstającym ramieniu|ączonego eIementu, a ich Iiczba nie moze byó mniejsza nizowa.

ź-'tsl,iILuuul_{

tl :=''= :oÓo i r =E'ł

\ _**oV/n|XWęz|owy

-\l

Rys. 6. Polączenie z kątownikiem węz|owym

W po|ączeniach doczo|owych śruby ob|icza się z uwzg|ęd.nieniem dodatkowej sily rozciągającej' wynikającej Z efektudzwigni (eś|i taki efekt moze Wystąpic). Si|y efektu dŹwigni na-leiy obliczac wedfug zasad szczegofowych podanych w 6.2.4normy [8].

Kategorie polqczeń śrubowych

Uzyskanie wymaganych cech polączeń śrubowych jestmoz|iwe, między innymi przezwybór rodzaju łącznikow i odpo.wiedniej kategorii poiączenia. Podzia| polączeń na kategorieW normach 14] i t8] ulatwia precyzowanie wymagań bezpie.czeństwa, odpowiednio do rodzaju obciązeń konstrukcji i kry.teriów użytkowych - w za|ezności od ob|iczeniowego stanugranicznego. Nalezy je traktowac jako wytyczne doboru złą-czy, które są pomocne w podejmowaniu decyz1i projektowych.W za|ezności od rodzaju obciązenia (statyczne, dynamiczne)|ub ograniczenia, wynikającego Z rozpatrywanego stanu gra-nicznego uzytkowalności, dobiera się rodzaj polączenia (za.k|adkowe, doczo|owe), jego konstrukcję (zebra, grubośćblach) oraz stosowne lączniki (zgrubne, średnio dokladne, pa-Sowane, niespręzane, spręzane).

Wed|ug [8] mozna stosowac połączenia zakladkowe kate-gorii A, B i C oraz po|ączenia doczołowe kategorii D (niespręza-ne) i F (spręzane). |ch charakterystykę i kryteria oceny stanówgranicznych podano w tabl. 7. Norma [4] przewiduje stosowa-nie 3 kategorii polączen zak|adkowych (A' B i c) i 3 kategoriipoiączeń doczotowych (D - niespręzane oraz E i F_spręzane).

Po|ączenia zakladkowe kategorii A są po|ączeniami typudociskowego, w ktorych stosuje się śruby k|asy od 4.6 do 10.9.Po|ączenia te nie wymagają sprężania i przygotowania po-wierzchni styków. Jednak zgodnie z arkuszem krajowym nor-my [8]' w celu zwiększenia szcze|ności i sztywności połącze-nia, gdy stosuje się śruby klasy 8.8 i 10.9 mozna je spręzyc si.|ą 0,5Fo.o. W po|ączeniach kategorii A ob|iczeniowe obciąze-nie ścinające nie powinno przekraczac nośności śrub na ścina-nie i nośności Śrub na docisk,

W po|ączeniach ciernych kategorii B stosuje się śruby k|asy8.8 i 10.9' które sq spręzane zgodnie z [3]. W tych połącze-

lvt'1I

N,,,,^o=K2_9ś!iloTuz

- przy dwoch Śrubach (rys. 5b)

^, _ FzAnu,futru2.Rd --, yuz

_ przy trzech śrubach (rys. 5c)

^r - FzAr"tf ,'YuS,AA -

,*

F(IVI

Yt+u_!tr=reil

A,..- #E IIv L-:: L#;

''.j:'':A^,

--l.J'

-----l-.i | ,iLr .;

1-1

<=IJ

:

i2-:- -

Rys. 4' Schemat rozerwanla b|okowego polączenia be|ki z podciągiem

\ń/edług normy europejskiej [8] ob|iczeniową nośnośc narozerwanie b|okowe przekroju os|abionego wyznacza się zewzorow

- w przypadku symetrycznej grupy śrub obciązonej osiowo

verr,t,, frAr, , 1 fvAr, (22)*o- y*-E y^'- w przypadku grupy śrub obciązonej mimośrodowo

vetr,2,Rd=o'?l:A'' *lf'-1" (23)Tuz ł3 Tuo

gdzie:An,_ przekroj netto rozciągany (rys. 4),A,, _ przekroj netto ścinany (rys' 4)'

W przypadku elementów niesymetrycznych oraz e|emen-tÓw symetrycznych obciązonych symetrycznie (np. kątowni-ków polączonych jednym ramieniem) na|ezy w ocenie nośno-ści uwzględnic mimośrody oraz Wp|yW rozstawu i od|eglościśrub od brzegu. Wedlug [8] pojedynczy rozciągany kątownikmoze byc traktowany jak obciązony osiowo, przy czym jegonośność obIiczeniową określa się Ze WZorow:

_ przy jednej śrubie (rys. 5a)

(24)

(25)

(26)

gdzie:A,", _ po|e przekroju netto kątownika; w przypadku kątownikowniei.ownoramien nych |ączonych WęZsZym ramieniem przyjmujesię A,", równe po|u przekroju netto Zastępczego k4townikao szerokości obu ramion rÓwnej szerokości ramienia Węzszego,

Rys. 5. Kątowniki polączone jednym ramieniem: a) na jedną śrubę, b) na dwieśruby' c) na trzy śruby

INZYiIIEBIA I BUDOWNICTWO NR 3i2OO8 117

-lF

Kategoria Kryteria Uwagi

Połączenia zakładkowe

APołączenia typudociskowego

F,,56 Ś F,'ą6F,,p6 ś F6 p6

- mozna stosować śruby k|asy od 4.6 do '10.9_ sprężenie połączenia nie jest Wymagang*

--**-.- obliczeniowe obciązenle ścinające nie moze przekraczaćnośności śrub: na ścinanie i na docisk

BPołączenia crerne

w stanie granicznymuzytkoWalności

Fcpo'"e, Ś Ą,pł,*,F,,ę6 Ś F,'paF,.Ex ś F6.pa

- należy stosować śruby k|asy 8.8 i 1 0.9_ połączenie na|eży spręzyć siłąFp,ca- Wymagana jest odpornośÓ połączenia na poś|izg W stanie

granicznym uzytkowaIności oraz obIiczeniowe obciązenieŚcinające nie moze przekraczać nośności śrub na ścina.nie i nośności śrub na docisk

(,

Połączenia ciernew stanie granicznym

noŚności

F,,g6,5q ś F3,p6

F,'Ed Ś Fb,Rd

Fy,E4 ś Fną,ą6

_ na|eży stosować śruby oraz sprężenie jak W połączeniukategorii B

- Wymagana jest odpornośó połączenia na poŚIizg W staniegranicznym nośności oraz Warunek nieprzekroczenianośności śrub na docisk i p|astycznej przekroju nettoz otworami na śrubv

Połączenia doczołowe

PołączenianIespręzane

F1,E6 ś F4pa

F4p6 ś Bp,p6

_ mozna stosować śruby k|asy od 4.6 do 10.9--_ sprężenje połączenia nie jest Wymagane- obIiczeniowe obciążenie rozciągające nie może pŻekra-

czaÓ nośności śrub na rozciaqanie i oŻeciaoanieE

Po.łqczeniaspręzane

- mozna stosowaó śruby klasy 8.8 i 10.9_ połączenie naleŹy sprężyć_ ob|iczeniowe obciązenie rozciągające nie może

przekraczać nośności śrub na rozciaoanie i oŻeciaoanieFv'ra, Ft,ex Fn56"".- odpowiednio ob|iczeniowa sił' śW stanie granicznym nośności lub uzytkowaIności;F,,Rd, Fb,Rd, F",Rd, Fs'aa'en Ft,na, Bpna - odpowiednio nośność śruby na ścinanie (4), docisk (9), z warunxupoślizgu (1 7), (1 8)' (2o), (21), rozciąganie (3) oraz na pŹeciąganie (1 4) w stanie granicznym nośnościi uŹytkowalności.1. ob|iczeniowa siła rozciągająca ĘEd powinna uwzg|ędniać siłę efektu dŹwigni.2. sruby obciążone siłami rozciąga,iącymi i Ścinającymi powinny spełniaÓ kryterium (.15).3. * W ce|u zwiększenia szcze|ności i sztywności w połączeniach zakładkowych kategorii A na śruby klasy 8.€

i '10.9 mozna stosowac sprężenie slłą0,5Fo'66.4. -- W połączeniach doczołowych kategorii D narazonych na oddziaływanie Udarowe lub Wibracyjne

stosowanie śrub k|asy 6.8, 8.8 i 10.9 nie iest za|ecane.

Tabiica 7Kategorie polączeń śrubowych WedIug [8]

niach poś|izg nie powinien nastąpić W stanie granicznym uzyt-kowa|ności, a Więc charakterystyczne obciążenie ścinające niepowinno przekroczyc nośności obliczeniowej na poś|izg' Po-nadto obliczeniowe obciązenie ścinające nie powinn o przekra.czać nośności śrub na ścinanie i nośności śrub na docisk.

Polączenia cierne kategorii C (ze spręzonymi śrubami k|asy8.8 i 10.9) projektuje Się tak, aby nie Wystąpi| poś|izg W stanie gra-nicznym nośności. Ponadto ob|iczeniowe obciązenie ścinającenie powinno przekroczyc nośności obliczeniowej śrub na dociski nośności p|astycznej przekroju netto Z otworami na śruby.

Po|ączenia doczotowe kategorii D stosuje się na śruby kla-sy od 4.6 do .l0.9, ktÓre nie są spręzane. W po|ączeniach tejkategorii narazonych na oddziaływanie udarowe |ub wibracyj-

ne nie jest Za|ecane Stosowanie śrub l|a.sy 6.8' 8'8 i 10.9. Ponadto polączenia .{a-tegorii D nie powinny byc stosovrransprzy Wie|okrotnie zmiennych obcił.ze.niach rozciągających. Mogą one ryęstosowane do przenoszenia zwykiyó;1obciązeń Wiatrem. W po|ączeniach kate.gorii D ob|iczeniowe obciązenie ro:tia.gające nie moze przekraczal nośr::lŚóiśrub na rozciąganie i przeciąganie.

W po|ączeniach kategorii E stcsuigsię śruby k|asy 8.8 i 10.9, które są Spr;-zane (Zgodnie Z normą t3]) W takich po-|ączeniach ob|iczeniowe obciązenie :.oz.ciągające nie może przekraczac noŚno-ści śrub na rozciąganie oraz nośncśCiśrub na przeciąganie.

P|ŚMlENNlcTWo

[1] 8legus A.: Polączenia śrubowe. WydawnictwoNaukowe PWN, Warszawa-Wrocfaw 1 997.

[2] Łaguna J.: Dokręcanie śrub ocynkowai]ychw polączeniach sprężonych.,'KonstrukcieStalowe". nr 4l2OO4.

[3] EN 1090-2:2007-08 Execution of steel ski-ictu-res and aluminium structures - part 2: Techni_cal requirements for steel structures - Staoe 49.

[4] PN-90/B-03200 Konstrukcje statowe - Jbli-czenia statyczne i projektowanie.

[5] PN-B-6200:2002 Konstrukcle stalowe buclow-lane - Wymagania i badania - Wymaganiapodstawowe.

[6] PN-EN 1990:2004 Eurokod: Podstawy prcjek-towania konstrukcji.

[7] PN-EN 1993-1-1:2006 Eurokod 3: projekrowa-nie konstrukcji sta|owych. Część 1-1: Reguły ogó|ne i reguly d|a budyn-l(ow.

[8] PN-EN 1993-l-8:2006 Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji statovrych,Część .1-B: Projektowanie węz|Ów.

[9] PN-EN 1993-1-9:2007. Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalourych.część J.9: Zmęczenie.

[10] PN.EN 14399-1 :2007 Zestawy śrubowe wysokiej Wytrzymalości do polą-czeń sprężanych. CzęśĆ '1 : Wymagania ogó|ne.

[1 1] PN-EN 14399-2|2007 Częśc 2: Badania przydatności do polączeń sprę'zanych.

[12] PN-EN 14399.3:2007 CzęśĆ 3: System HR. Zestawy śruby z |bem i na.krętki sześciokątnej.

[13j PN.EN 14399-4:2007 CzęśĆ 4: System HV' ZeStaWy Śruby z lbem i na-krętki sześciokątnej.

[14] PN-EN 14399.5:2007 CzęśÓ 5: Podkladki okrągte.[15] PN-EN .l4399.6:2007 Część 6: Podk|adki okrągie ze Ścięciem'

,,Gazeta Wyborcza" z 17 grudnia 2OOZ r.

Michal Wojtczuk w artykule pt. ,,CafaPo|ska idzie w górę'' przedstawia koncep-cję Wiezowca Li|ium, który ma miec Wyso.kośc 250 m i stanąc W Warszawie, tuz obokhotelu Marriot (naroznik Alei Jerozolimskichi u|. Cha|ubińskiego), naprzeciwko DworcaCentra|nego. |nwestorem jest spÓ|ka Li.lium, za|ożona przez izrae|ski koncern de.weloperski BSR i fundusze inwestycyjnez Luksemburga i Holandii. Oto fragmenty

tego ańyku|u:Zamiezamy zbudowac budynek, który

sfanle sĘ znakiem rozpoznawżA/m miasta.ZaIeżry nam na tym, żeby to był budynek wy-bitny. Dlatego zdecydowaliŚmy się nawspólpracę z Zahq Hadid' ona projektujewyłqcznie budynki niebanalne _ powiedzia|menedzer ztirmy Lilium. S7-letniaZaha Ha-drd jest jednym z najwybitniejszych wspotczesnych architektÓw' W 2004 r. Zostala|aureatką nagrody Pritzkera - architekto-nicznego Nobla.

Wieżowiec ten to ob|y czteroskrzydlowygmach z podwójnq Szk|aną elewacją. Przy-pomina Sterowiec wbity pionowo W ziemię.|nwestycji nie wyk|uczają przepisy - ten re-jon nie ma tzw. planu miejscowego,

a z obowiązującego studium zagospocjaro-wania miasta wynika, że w tym miejscu rno-gą powstaĆ budynki o dowolnej funkcji.określona jest Ę|ko dolna granica Wysoko.ści * 30 metrÓW' Inwestor dopiero niedaw-no zlożył Wniosek o wydanie WarunkóIł'l za-budowy' Był niekompletny, poprosi|iśn|o uzupetnienie go _ mÓwi Marek Mikos, pe|niący obowiązki naczelnego architektaWarszawy.

J&rL+++

o projekcie krytycznie Wypowiadają sięarchitekci: Stefan Kurylowicz, Jerzy Skrzyp-Czak i Andrzei Cho,ldz1ński'

Hn

118 INZYNIERIA I BUDOWNICTWO NB 3/20C6