Czytaj także -

Aktualne wydanie

2019 07 okladka

 

       7-8/2019

 

20190444Swiat-Szkla-V4B-BANNER-160x600-PLEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

katalog 2018 a

 

banner konferencja 04 2019

 RODO

 LiSEC SS Konfig 480x120

  

VITRUM Swiat Szkla Web

 

ift 480x105px RFT19 engl 

 

 GP19-480x105px

 

 GLASS 480X120

 

Północnoamerykańskie normy do projektowania szkła
Data dodania: 29.12.10

W numerze „Świata Szkła” 4/2010 znalazł się artykuł Europejskie normy do projektowania szkła, w którym przedstawiono metody i normy do wymiarowania szkła funkcjonujące w Europie.

Poniższy artykuł prezentuje, dla porównania, sposoby obliczania szkła obowiązujące w Stanach Zjednoczonych oraz Kanadzie. Główna różnica polega między nimi na tym, że pierwsze bazują na modelu DELR, natomiast opisane w niniejszym artykule opierają się na innym modelu, który pokrótce zostanie omówiony poniżej.

 

Model GFPM
Większość północnoamerykańskich norm do wymiarowania szkła opiera się na modelu przewidywania zniszczenia szkła GFPM (ang. glass failure prediction model). Model ten bazuje na statystycznej teorii zniszczenia materiałów kruchych rozwiniętej przez Beasona w połowie XX w.

Według rozkładu Weibulla, prawdopodobieństwo zniszczenia materiałów kruchych można przedstawić następująco:

Pf = 1 - e-B

 

Wielkość B określa ryzyko zniszczenia i zawiera w sobie wszystkie niezbędne parametry wpływające na wytrzymałość szkła, jak stan powierzchni elementu oraz rozkład naprężeń w przekroju.

 

Dla typowych przypadków, model GFPM proponuje funkcję ryzyka B jako:

Czynnik c (x,y) jest tzw. współczynnikiem korekcyjnym dwuosiowego stanu naprężenia, natomiast zmienna A określa powierzchnię elementu.


σeq,max (q, x, y) oznacza naprężenie w punkcie (x, y) wywołane obciążeniem użytkowym q.

 

W powyższym wzorze występują również współczynniki m oraz k, które określają stan powierzchni szklanego elementu.

Wspomniane wyżej parametry m i k nie mogą być wyznaczane w sposób bezpośredni i wymagają przeprowadzenia szeregu doświadczeń, które przeprowadzone są dla kwadratowej płyty szklanej.

 

Norma ASTM E 1300
Amerykańska norma do wymiarowania szkła, której oryginalny tytuł brzmi Standard Practice for Determining Load Resistance of Glass in Buildings

ASTM E 1300-04 przedstawia ogólne zasady wyznaczania grubości płyt wykonanych ze szkła. Norma bazuje na modelu GFPM Beasona i Morgana oraz analizie naprężeń i ugięć opracowanej przez Vallabhana.

 

Wytrzymałość zdefiniowana jest prawdopodobieństwem zniszczenia na poziomie 0.008. Norma ASTM ma zastosowanie do wymiarowania pionowych oraz montowanych pod kątem elementów płytowych, poddanych działaniu obciążenia równomiernie rozłożonego.

 

Ma zastosowanie do płyt wykonanych ze wszystkich rodzajów szkła: jednowarstwowego, laminowanego oraz szyb zespolonych o prostokątnych kształtach, podpartych na jednej, dwóch, trzech lub czterech krawędziach. Zapisy normy można stosować przy obciążeniu ciężarem własnym, wiatrem oraz śniegiem, z zastrzeżeniem, że suma obciążeń nie może przekroczyć 10 kPa.

 

Norma nie może być stosowana do takich elementów jak balustrady, szklane panele podłogowe i innych elementów nośnych oraz takich, których stan powierzchni może obniżać wytrzymałość szkła, jak na przykład szkło grawerowane, prasowane lub fakturowane itp.

 

Podstawowy warunek nośności przedstawia się następująco:

q ≤ LR = NFL - GTF 

Po lewej stronie równania występuje nierówność, w której q oznacza charakterystyczną wartość obciążenia równomiernie rozłożonego, natomiast LR nośność elementu.

Po prawej stronie występuje czynnik NFL oznaczający charakterystyczną wytrzymałość szkła oraz współczynnik GTF, który modyfikuje jej wartość w zależności od czasu trwania obciążenia oraz rodzaju szkła.

 

Warto zaznaczyć, że norma ASTM, w odróżnieniu do europejskich norm, opiera się na obciążeniach, a nie na naprężeniach. Poza tym, nie występują w niej żadne współczynniki bezpieczeństwa.

Wartość NFL odczytywana jest z tablic dla różnych wymiarów geometrycznych, warunków podparcia, grubości tafli oraz warstw szkła w laminacie.

 

Podobnie współczynnik GTF odczytywany jest z tablic dla różnych rodzajów szkła oraz czasu trwania obciążenia. Przykładowe wartości GTF przedstawia Tabela 1.

 

Tabela 1. Współczynniki GTF dla różnych rodzajów szkła oraz czasów trwania obciążenia

 

Wszystkie powyższe wartości obliczone zostały przy użyciu modelu GFPM, wartości modułu sprężystości E = 71,7 GPa oraz efektywnej grubości szkła, która w stosunku do grubości nominalnej różni się tolerancjami grubości

 

Norma CAN/CGSB 12.20
Kanadyjska norma do wymiarowania szkła Structural Design of Glass for Buildings’ CAN/CGSB 12.20-M89 ma zastosowanie do wymiarowania płyt wykonanych ze szkła sodowo–wapniowo-krzemianowego obciążonych równomiernie na całej powierzchni elementu.

 

Podobnie jak norma amerykańska bazuje na modelu GFPM oraz prawdopodobieństwie zniszczenia równym 0.008.

Ogólny warunek nośności wygląda następująco: gdzie oznacza kombinację obciążeń obliczeniowych, natomiast nośność szklanej płyty.

Obydwie wartości uwzględniają częściowe współczynniki bezpieczeństwa.

 

Kombinacja obciążeń zdefiniowana jest następująco:

Ed ≤ Rd

gdzie  Ed oznacza kombinację obciążeń obliczeniowych,
natomiast Rd nośność szklanej płyty.

Obydwie wartości uwzględniają częściowe współczynniki bezpieczeństwa.

 

Kombinacja Ed obciążeń zdefiniowana jest następująco: 

  

gdzie kolejne zmiennie oznaczają:

D – ciężar własny lub parcie hydrostatyczne,
L – obciążenie zmienne długotrwałe, takie jak obciążenie śniegiem, zmienne parcie hydrostatyczne itp.,
Q – obciążenie zmienne krótkotrwałe, np. obciążenie wiatrem,
T – obciążenie temperaturą.

 

Częściowe współczynniki bezpieczeństwa odnoszą się do odpowiednich obciążeń i wynoszą:

αD = 1,25 (dla obciążeń działających niekorzystnie)  lub αD =  0,85 (dla obciążeń działających korzystnie),

αLαQ = 1,50 

αT = 1,25 

 

Współczynnik ψ bierze pod uwagę wagę konstrukcji, zazwyczaj jest równy 1.0 oraz ≥ 0.8 dla budynków, w których nie przebywają stale ludzie lub innych, których awaria nie spowodowałyby znaczącego zagrożenia dla ludzi.

 

Ostatni współczynnik γ jest współczynnikiem kombinacji obciążeń przyjmowanym w zakresie 0.6-1.0 (w zależności od liczby obciążeń w kombinacji).

Nośność zdefiniowana jest przez wzór:

R = c1 . c2 . c3 . c4  . Rref

 

Współczynniki oznaczają:
c1 – współczynnik rodzaju szkła, przykładowo dla szkła płaskiego, laminowanego wynosi 1.0, natomiast dla szkła piaskowanego lub zbrojonego 0.5,

c2 – współczynnik wzmocnienia szkła, który dla szkła float wynosi 1.0, wzmocnionego termicznie 2.0 i hartowanego 4.0,

c3 – współczynnik czasu trwania obciążenia, przykładowe jego wartości podano w Tabeli 2,

c4 – współczynnik rozdziału obciążenia, w przypadku szyb zespolonych jednokomorowych wynosi 1.7, dwukomorowych 2.0, dla szkła monolitycznego 1.0,

Rref – wytrzymałość szkła float, wyznaczanego w badaniu wytrzymałości płyty szklanej obciążonej w sposób równomierny przy prawdopodobieństwie zniszczenia równym 0.8%.

 

W przypadku szkła klejonego norma zastrzega, że laminat kilku tafli szkła może być traktowany jako monolityczny jedynie w przypadku czasu trwania obciążenia < 1 min. oraz pracującego w środowisku, którego temperatura < 70 ºC.

Dla większości przypadków norma CAN/CGSB 12.20 ogranicza maksymalne naprężenia występujące w elemencie do 25 MPa.

 

Tabela 2. Współczynniki c3 dla różnych rodzajów szkła oraz obciążenia

 

mgr inż. Marcin Kozłowski

www.designmore.pl
Adres poczty elektronicznej jest chroniony przed robotami spamującymi. W przeglądarce musi być włączona obsługa JavaScript, żeby go zobaczyć.

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym

 

inne artykuły tego autora:

- Szklane ściany nośne , Marcin Kozłowski, Świat Szkła 1/2011

- Północnoamerykańskie normy do projektowania szkła ,  Marcin Kozłowski, Świat Szkła 12/2010

- Europejskie normy do wymiarowania szkła, Marcin Kozłowski, Świat Szkła 9/2010

- Szklane schody w Toronto, Marcin Kozłowski, Świat Szkła 7-8/2010

- Realizacje, które inspirują, Marcin Kozłowski, Świat Szkła 6/2010

- Właściwości i odmiany szkła konstrukcyjnego, Marcin Kozłowski, Świat Szkła 5/2010

- Szkło jako materiał konstrukcyjny , Marcin Kozłowski, Świat Szkła 4/2010

 

patrz też:

- Projektowanie bezpiecznych przeszkleń w ścianach osłonowych ze szkłem , Artur Piekarczuk, Świat Szkła 2/2010

- Weryfikacja badawcza numerycznych metod obliczeń szyb zespolonych , Artur Piekarczuk,  Świat Szkła 10/2008

- Wpływ warunków podparcia na wyniki obliczeń ugięć szyb wielkoformatowych pod obciążeniem równomiernie rozłożonym, Artur Piekarczuk, Świat Szkła 4/2008

- Metoda projektowania szyb zespolonych, Artur Piekarczuk, Świat Szkła 3/2008

- Metoda obliczeń ugięć okien PVC pod obciążeniem wiatrem , Artur Piekarczuk, Świat Szkła 7-8/2006 

- Ściany osłonowe z oszkleniem mocowanym mechanicznie Cz. 2, Artur Piekarczuk, Świat Szkła 6/2005

- Ściany osłonowe z oszkleniem mocowanym mechanicznie Cz. 1, Artur Piekarczuk, Świat Szkła 5/2005

- Modelowanie obciążeń klimatycznych szyb zespolonych. Część 2 , Zbigniew Respondek, Świat Szkła 1/2005

- Modelowanie obciążeń klimatycznych szyb zespolonych. Część 1 , Zbigniew Respondek, Świat Szkła 12/2004 

 

więcej informacji: Świat Szkła 12/2010

inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne

 

Czytaj także --

 

 

01 chik
01 chik