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.
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. Z toho vyplývá:
V souladu s B(3) [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:
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.
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“.
Následně zadáme nové kombinační pravidlo pro mimořádnou návrhovou situaci podle [2], výrazu 6.11e.
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.
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).
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.
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.
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).
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.