Zatížení parkovacího přístřešku nárazem vozidla

Odborný článek

V zásadách navrhování konstrukcí se jako základní požadavky na konstrukci uvádí dostatečná únosnost, použitelnost a trvanlivost. Konstrukce musí být navrženy tak, aby nedošlo k jejich poškození v důsledku událostí, jako je například náraz vozidla.

Kombinace zatížení

V [1], kap. 3.2(2)P je náraz vozidla zařazen do mimořádných návrhových situací. Proto pro kombinaci účinků platí výraz 6.11b. Volba časté hodnoty Ψ1,1 ⋅ Qk,1 nebo kvazistálé hodnoty Ψ2,1 ⋅ Qk,1 závisí na rozhodující mimořádné návrhové situaci. [2], NDP k A.1.3.2 například v případě nárazu vozidla stanoví, že lze použít kvazistálou hodnotu Ψ2,1 ⋅ Qk,1. Z toho vyplývá, že v případě staveb umístěných v členských státech CEN v nadmořské výšce do 1 000 m n.m. se v případě nárazu vozidla nemusí zohlednit zatížení sněhem ani větrem, protože jejich kombinační součinitele Ψ2,1 mají zpravidla hodnotu 0,0.

Zadání mimořádného účinku

Nyní je třeba zadat typ a velikost nárazu. V tomto ohledu se v části 1-1 Eurokódu 1 [3] odkazuje v kapitole 1.1 (6) na část 1-7 [4], která se zabývá mimořádnými účinky. V její kapitole 4.2(1) se doporučují dvě metody:

  • Stanovení zatížení od nárazu dynamickou analýzou
  • Stanovení zatížení od nárazu ekvivalentní statickou silou

Další informace o dynamické analýze nárazů se uvádějí v příloze C. Přitom se rozlišuje mezi „tvrdým nárazem", kdy je energie převážně pohlcena narážejícím tělesem, a „měkkým nárazem“, kdy je konstrukce navržena tak, aby pohltila energii nárazu. V souladu s přílohou C.2.1(1) lze při „tvrdém nárazu“ uvažovat ekvivalentní statickou sílu. V případě nárazu vozidla do přístřešku pro auto se předpokládá tvrdý náraz. V tomto článku se pak budeme zabývat stanovením ekvivalentní statické síly.

Obr. 01 - Zatížení parkovacího přístřešku nárazem vozidla

V [4], tabulce 4.1 se pro osobní automobily v parkovacích garážích navrhuje ekvivalentní statická síla Fdx ve směru jízdy 50 kN. Ve směru kolmém na směr jízdy pak síla Fdy 25 kN. U přístřešku pro auto bude ekonomický návrh průřezů sloupů vzhledem k velikosti zatížení pravděpodobně jen zřídkakdy možný. Je také třeba zmínit, že v kapitole 4.1(1) jsou vyloučeny nárazy na lehké konstrukce, čímž tabulka 4.1 pozbývá platnost a odkazuje se na národní přílohu. Instalace záchytného zařízení navrženého pro ochranu konstrukce před nárazy a umožňujícího ekonomický návrh sloupů pravděpodobně nepředstavuje vhodnou alternativu. V národní příloze Německa [5] se v případě osobních vozidel ≤ 30 kN stanoví pro jedno- a dvojgaráže a pro parkovací přístřešky ekvivalentní statická nárazová síla 10 kN v obou směrech.

Pokud národní příloha dané země neposkytuje další informace, vyplatí se podívat se na [3], přílohu B. Zde se uvádí vztah B.1 pro ekvivalentní vodorovnou sílu působící na svodidlo v garážích. Má tento tvar:

$\mathrm F\;=\;\frac{\mathrm m\;\cdot\;\mathrm v^2}{2\;\cdot\;\left({\mathrm\delta}_{\mathrm c}\;+\;{\mathrm\delta}_{\mathrm b}\right)}$

V souladu s B(3) se použijí následující hodnoty:

m = 1 500 kg
δc + δb = 100 mm
v = 1,39 m/s

Rychlost vozidla v, která se liší od B(3), se stanoví podle [4], tabulky C.1 pro garáže s rychlostí vozidel 5 km/h, což odpovídá hodnotě 1,39 m/s. Výsledkem je tak následující ekvivalentní zatížení:

$\mathrm F\;=\;\frac{1.500\;\mathrm{kg}\;\cdot\;(1,39\;{\displaystyle\frac{\mathrm m}{\mathrm s}})^2}{2\;\cdot\;100\;\mathrm{mm}}\;=\;14,5\;\mathrm{kN}$

Místo působení mimořádného zatížení

Podle [4], čl. 4.3.1(3) se nárazová síla od osobních vozidel může uvažovat ve výšce 50 cm nad úrovní vozovky. V [3], příloze B se pro osobní vozidla s maximální celkovou hmotností 2 500 kg uvádí působiště síly ve výšce nárazníku 37,5 cm. Vzhledem k tomu, že ve většině zemí výšku nárazníku osobních vozidel nepředepisuje žádná norma, musí rozhodnout sám odborník, v jaké výšce se má ekvivalentní zatížení uvažovat. Německá příloha [5] doporučuje u osobních vozidel výšku 50 cm.

Celkové selhání konstrukčních prvků jako alternativa

Další možností je posoudit, jaký vliv má celkové selhání dotčeného konstrukčního prvku na celou konstrukci (obr. 02). V závislosti na upevnění daného prvku může být taková analýza vhodná.

Obr. 02 - Celkové selhání sloupu po nárazu osobního automobilu

Návrh sloupu parkovacího přístřešku na zatěžovací stav „Náraz“ v programu RFEM/RSTAB

U parkovacího přístřešku znázorněného na obr. 01 budeme modelovat náraz osobního vozidla na prostřední sloup. Při posouzení přihlédneme v našem příkladu k německé národní příloze.

Nejdříve vytvoříme nový zatěžovací stav, v kterém zadáme ekvivalentní statické zatížení. Pokud chceme použít automatické generování kombinací zatížení, je třeba tomuto zatěžovacímu stavu přiřadit kategorii účinku „Mimořádné“.

Obr. 03 - Nový zatěžovací stav s kategorií účinku „Mimořádné“

Následně zadáme nové kombinační pravidlo pro mimořádnou návrhovou situaci podle [2], výrazu 6.11e.

Obr. 04 - Nové kombinační pravidlo s příslušnou návrhovou situací

V našem příkladu je vzdálenost působiště ekvivalentního zatížení od počátku prutu 37,5 cm, protože spojovací prvek, v tomto případě výška paty sloupu, se při tomto statickém výpočtu nezohledňuje.

Obr. 05 - Velikost a místo působení náhradní síly

Dřevěná konstrukce se posoudí v přídavném modulu RF-/TIMBER Pro. Příslušné modely v programu RFEM a RSTAB připojujeme ke stažení na závěr tohoto příspěvku. V případu TIMBER Pro 2 se provede posouzení mimořádné návrhové situace po výběru příslušné kombinace zatížení. Zatížení sněhem a větrem nemusíme v tomto případě kombinovat s nárazem vozidla, proto je třeba zohlednit pouze vlastní tíhu a samotný náraz. Pokud kombinace zatížení vytváříme ručně, musíme dbát na to, aby se příslušným kombinacím zatížení přiřadila „mimořádná návrhová situace“ (obr. 06) a abychom zadali správnou, tj. „okamžikovou“ třídu trvání zatížení (obr. 07).

Obr. 06 - Základní údaje v programu TIMBER Pro s přiřazením návrhové situace

Obr. 07 - Třída trvání zatížení

Při tomto zadání se zohlední tak, jak je požadováno v [6], mimořádná návrhová situace v mezním stavu únosnosti s dílčím součinitelem spolehlivosti 1,0. Vzhledem k velmi krátké době trvání zatížení se dále v tomto případě vynásobí pevnost součinitelem kmod 1,1 (třída provozu 2). Výsledkem posouzení je v našem příkladu využití sloupu 0,47 ≤ 1,00, a posouzení nárazu osobního vozidla je tudíž splněno. I v případě zohlednění součinitele kmod 0,9 (třída provozu 3) je posouzení splněno. 

Obr. 08 - Výsledky posouzení sloupu zatíženého nárazem osobního vozidla

Jak jsme již zmínili výše, užitečná může být také analýza celkového selhání sloupu (obr. 02). Není přitom nutné smazat prut ani uvažovat náraz v samostatném souboru. Sloup lze snadno deaktivovat pro určité kombinace zatížení. Pro celkové selhání sloupu se vytvoří nová kombinace zatížení, která bude obsahovat pouze vlastní tíhu a v parametrech výpočtu se deaktivuje daný sloup.

Obr. 09 - Deaktivace sloupu pro určitou kombinaci zatížení

Vzhledem k tomu, že konstrukce bude bezprostředně po selhání sloupu podepřena, lze u této kombinace zatížení nastavit délku trvání zatížení na „okamžikové“. Výsledkem posouzení vaznice při vlastní tíze je pro mimořádnou návrhovou situaci 0,48 ≤ 1,00 (případ TIMBER Pro 3).

Obr. 10 - Posouzení vaznice při celkovém selhání sloupu

Posouzení spojů a základu

Dále je třeba prověřit spoje v případě nárazu. Musí se tedy ověřit, jestli jsou pata sloupu i spoj sloupu k horní vaznici dostatečně nadimenzovány. Zda se bude zatížení nárazem přenášet do základu či nikoli, závisí na typu konstrukce. Jak se uvádí v [5], NDP ke 4.1(1), v poznámce 3, není u pozemních staveb zpravidla další přenos sil rozhodující. To platí i pro parkovací přístřešek z našeho příkladu.

Klíčová slova

Náraz Zatížení nárazem Přístřešek pro auto Mimořádné zatížení Vozidlo Náraz na sloup

Literatura

[1]   Eurocode 0: Basis of structural design: EN 1990:2002
[2]   Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter - Eurocode 0: Grundlagen der Tragwerksplanung; DIN EN 1990/NA:2010-12
[3]   Eurocode 1: Actions on structures - Part 1-1: General actions - Densities, self-weight, imposed loads for buildings; EN 1991-1-1:2010-12
[4]   Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1-7: Allgemeine Einwirkungen - Außergewöhnliche Einwirkungen; DIN EN 1991-1-7:2010-12
[5]   Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter - Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1-7: Allgemeine Einwirkungen - Außergewöhnliche Einwirkungen; DIN EN 1991-1-7/NA:2010-12
[6]   Eurocode 5: Design of timber structures - Part 1-1: General - Common rules and rules for buildings; EN 1995-1-1:2010-12

Ke stažení

Odkazy

Kontakt

Máte dotazy nebo potřebujete poradit?
Kontaktujte prosím kdykoli naši bezplatnou technickou podporu e-mailem, na chatu nebo na fóru anebo se podívejte do sekce často kladených dotazů (FAQ).

+420 227 203 203

info@dlubal.cz

RFEM Hlavní program
RFEM 5.xx

Hlavní program

Program RFEM pro statické výpočty metodou konečných prvků umožňuje rychlé a snadné modelování konstrukcí, které se skládají z prutů, desek, stěn, skořepin a těles. Pro následná posouzení jsou k dispozici přídavné moduly, které zohledňují specifické vlastnosti materiálů a podmínky uvedené v normách.

Cena za první licenci
3 540,00 USD
RSTAB Hlavní program
RSTAB 8.xx

Hlavní program

Program pro statický výpočet a navrhování prutových a příhradových konstrukcí, provedení lineárních a nelineárních výpočtů vnitřních sil, deformací a podporových reakcí.

Cena za první licenci
2 550,00 USD
RFEM Dřevěné konstrukce
RF-TIMBER Pro 5.xx

Přídavný modul

Posouzení dřevěných prutů podle EC 5

Cena za první licenci
1 120,00 USD
RSTAB Dřevěné konstrukce
TIMBER Pro 8.xx

Přídavný modul

Posouzení dřevěných prutů a sad prutů podle Eurokódu 5, SIA 265 a/nebo DIN 1052

Cena za první licenci
1 120,00 USD