Aplikace Eurokódů v projekční praxi ocelových konstrukcí

V návrhové koncepci mezních stavů, uvedené těmito normami, se vycházelo z požadavku splnit kritéria dvou rovnocenných skupin mezních stavů únosnosti a použitelnosti. Při definování účinků zatížení a únosnosti se vycházelo z výsledků statistického a pravděpodobnostního rozboru nahodile proměnných veličin.
Norma ČSN 73 1401 byla v průběhu let podstatně revidována v roce 1976 a v roce 1984, vždy pod vedením inženýra Chalupy. Všechny tyto tři normy byly na svou dobu vynikající, i když bývaly často předmětem kritiky (zejména pro svůj rozsah). Měly jasné a přehledné členění, přiměřený rozsah a jasně napsaná ustanovení. Pro projektanty byly výbornou pomůckou, dávající vodítko při návrhu velké části konstrukcí. K normám byly vydávány výborné komentáře s vysvětlením podstaty a původu jednotlivých ustanovení. Další upřesňující ustanovení a doporučení byla pravidelně publikována v tehdy vycházejícím Vítkovickém zpravodaji a jeho přílohách, dále pak v příloze „Z ocelářských předpisů“, publikované v časopise Pozemní stavby.
Vydání ČSN 73 1401/78 zavádělo tři křivky pro výpočet součinitele vzpěrné pevnosti. Tyto křivky byly voleny podle geometrie a úrovně vlastních pnutí průřezu. Při výpočtu klopení se vycházelo z kritického momentu průřezu, pro výpočet štíhlosti tlačeného pasu byly uvedeny vztahy, umožňující snadný výpočet na základě štíhlosti. V normě byla přehledná ustanovení pro redukci únosnosti vlivem boulení, což umožňovalo výpočet nosníků se štíhlými stěnami a s výztuhami. Nově byl umožněn návrh šroubových styků s vlivem páčení. Pro únavu byla zavedena koncepce kumulace poškození založené na rozkmitu napětí. Norma umožňovala plastický návrh průřezu i plastickou redistribuci vnitřních sil.
Průkaz bezpečnosti konstrukce byl v první skupině mezních stavů, „mezních stavů únosnosti“ většinou založen na porovnání maximálního napětí od extrémního zatížení v nejnepříznivější kombinaci (tj. napětí získaná s uvažováním parciálního součinitele zatížení γ_f = 1,1-1,4) s „výpočtovou pevností“ (mez kluzu materiálu dělená parciálním součinitelem materiálu γ_m = 1,12 - 1,22).
Při hodnocení mezních stavů použitelnosti se vycházelo z „normových“ hodnot zatížení, kritériem byl většinou průhyb nebo vodorovné posunutí. V té době se ve většině států stále používala pro návrh ocelových konstrukcí dříve i u nás užívaná metoda dovolených namáhání. Ve SRN se například užívala norma DIN 18 800/1981, která byla na metodu parciálních součinitelů - metodu mezních stavů - změněna až v roce 1990.

EUROKÓDY V ČESKÉ NORMALIZACI
Vládním usnesením č. 77 z roku 1992 byl stanoven záměr napojení československé technické normalizace na normalizaci Evropského společenství (nyní Evropské unie). Pro jednotlivé základní materiály nosných konstrukcí jsou zpracovávány normy, tzv. Eurokódy (v oboru ocelových konstrukcí Eurokód 3, v oboru ocelobetonových konstrukcí Eurokód 4). První z Eurokódů v oboru ocelových konstrukcí byl spolu s národním aplikačním dokumentem vydán již v listopadu 1994. Struktura Eurokódů je modulární, základní EN 1993 - Eurokód 3 se člení do šesti tématických okruhů:

• EN 1993-1, Navrhování ocelových konstrukcí, Část 1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby,
• EN 1993-2, Navrhování ocelových konstrukcí, Část 2: Ocelové mosty,
• EN 1993-3, Navrhování ocelových konstrukcí, Část 3:Věže, komíny a stožáry,
• EN 1993-4, Navrhování ocelových konstrukcí, Část 4: Sila, nádrže a potrubí,
• EN 1993-5, Navrhování ocelových konstrukcí, Část 5: Piloty,
• EN 1993-6, Navrhování ocelových konstrukcí, Část 6: Jeřábové dráhy.

Základní oddíl, EN 1993-1 se dělí na dalších 12 částí (EN 1993-1-1 … EN 1993 1-12), vydávaných jako samostatné normy [1], [3]. Tyto části pokrývají problematiku návrhu za požární situace, návrhu tenkostěnných ocelových konstrukcí, skořepin apod. Obdobně je EN 1993-3 členěn na dvě části a EN 1993-4 členěn na tři části. Postupně je tak pokrývána celá oblast ocelových konstrukcí. Paralelně s Eurokódem pro navrhování ocelových konstrukcí začaly vycházet i Eurokód ČSN P ENV 1991-1 (Zásady navrhování a zatížení, 1995) a ČSN P ENV 1991-2 (Zatížení). V současné době probíhá převod předběžných norem ENV na normy EN. Předpokládá se ukončení tohoto procesu do konce roku 2005.

ZKUŠENOSTI S POUŽÍVÁNÍM
Přechod k Eurokódům byl v oboru ocelových konstrukcí dle mého názoru poměrně hladký a bezproblémový. Koncepce mezních stavů, využívající parciální součinitele bezpečnosti, byla u nás již užívána od roku 1966, z tohoto pohledu tak nešlo o velkou změnu. Vysoké školy přešly na výuku podle Eurokódů velmi rychle, jejich zásluhou byla vydána řada skript s praktickými aplikacemi. K problematice nových norem byla pořádána řada výukových seminářů.
K přechodu na Eurokódy přispěla i nová norma ČSN 73 1401 „Navrhování ocelových konstrukcí“ z roku 1994, revidovaná v roce 1998. Tato norma uvádí principielně totožné návrhové vztahy jako Eurokód, navíc však jeho ustanovení doplňuje o některá ustanovení, tradičně uváděná v normách starších. S využíváním Eurokódů máme zkušenosti již od vydání první části ČSN P ENV 1993-1-1 a ČSN P ENV 1994-1-1. V naší firmě jsme na výpočty podle těchto norem přešli ihned po vydání. Za hlavní klady lze považovat:

• modulární koncepci Eurokódů,
• jasnou klasifikaci průřezů do čtyř tříd,
• jasné uvedení vlivu imperfekcí do globální analýzy nosného systému,
• rozdělení rámů na posuvné a neposuvné,
• široké využití plastické únosnosti průřezu,
• umožnění návrhu ocelové a ocelobetonové konstrukce za požární návrhové situace,
• podstatné rozšíření možností výpočtu lokální únosnosti styčníků z dutých průřezů,
• dokonalejší podklad pro výpočet přípojů s čelní deskou,
• moderní podklad pro širší použití ocelobetonových konstrukcí.

Podstatnou změnou při posuzování prutových konstrukcí (většina ocelových konstrukcí) je forma průkazu bezpečnosti, kdy únosnost, vyjádřená v globálních vnitřních silách, má být větší, než příslušná vnitřní síla od odezvy na zatížení. U některých typů konstrukcí s proměnou vnitřních sil pak není vždy zcela jasné, kterou hodnotu v kterém místě použít. Z tohoto pohledu byl dřívější postup s posuzováním napětí možná přehlednější.
Dost podstatný rozdíl v dimenzích vychází u prutů namáhaných tlakem a ohybem (nejčastější kombinace). V dřívější normě se spolu s normálnou silou uvažoval tzv. „ekvivalentní moment“, většinou nižší než maximum. Nyní se uvažuje maximální hodnota momentu v úseku, navíc často zvýšená o vliv normálné síly faktorem k_{y, z}.
Nová norma přinesla dost podstatné zvýšení únosnosti koutových svarů oproti předchozím starším normám, snad oprávněné výrazným zdokonalením technologie svařování. Jak ale postupovat při posuzování starších konstrukcí s méně kvalitními svary, není zcela jasné. Únosnost šroubů nyní vychází z meze pevnosti materiálu šroubů a ne z meze kluzu, jak tomu bylo dříve. Znamená to vyšší hodnoty jejich únosnosti. Za nešťastné považujeme užití národních parciálních součinitelů zatížení γ_f a národních součinitelů materiálu γ_m odlišných od ostatní Evropy.

Nezkrácený článek najdete v říjnovém čísle 5/2004.

Autor

• Ing. Háša Pavel